유전자 번역, 번역 후 과정

◎ 번역

번역은 RNA(Ribonucleic acid)가 세포질로 빠져나와 리보솜을 만나서 단백질(폴리펩티드(polypeptide))을 형성하는 과정입니다. 단백질의 합성은 mRNA(messenger RNA)에 리보솜이 붙어 mRNA-리보솜 복합체를 형성하면서 시작됩니다. mRNA의 유전 암호 번역은 항상 개시 코돈(codon)인 AUG로부터 시작됩니다. 이는 모든 폴리펩티드의 합성에 공통적이며, AUG는 메티오닌을 암호화하고 있어 합성되는 폴리펩티드 사슬은 메티오닌으로부터 시작됩니다. 그 후 메티오닌은 효소의 작용을 받아서 떨어져 나가게 됩니다.

크고 작은 두 개의 단위체로 이루어진 리보솜은 tRNA(transfer RNA)를 수용하여 mRNA 코돈을 번역할 수 있는 장소를 두 군데나 가지고 있습니다. 하나는 A(amino acid)자리이고, 다른 하나는 P(polypeptide) 자리입니다. A 자리는 tRNA의 안티코돈이 mRNA의 코돈과 결합하는 자리로 아미노산이 tRNA와 붙어 있는 상태이고, P자리는 아미노산을 폴리펩티드 사슬에 첨가해 주는 즉, 폴리펩티드 사슬이 존재하는 자리입니다. mRNA와 결합한 리보솜은 mRNA를 지나가면서 개시 코돈에서 메티오닌을 가지고 있는 tRNA를 선택하고 이 tRNA는 mRNA와 상보적으로 결합하게 됩니다. 두 번째 위치에서도 mRNA 코돈에 상보적으로 결합할 수 있는 안티코돈을 가진 tRNA가 오게 되며, tRNA에 의해서 운반되어 온 두 아미노산 사이에서 펩티드 결합이 일어납니다.

펩티드 결합이 일어나면 첫 번째 tRAN는 리보솜을 떠나게 되고, 리보솜이 mRNA의 다음 코돈으로 자리를 옮겨가 비어 있는 tRNA의 자리에 새로운 아미노산을 운반해온 tRNA가 상보적으로 결합합니다. 이어 다시 펩티드 결합을 하고 있는 두 개의 아미노산과 새로이 운반되어 온 아미노산 사이에 펩티드 결합이 일어나고, 이런 과정은 정지 코돈이 나타날 때까지 반복되어 하나의 폴리펩티드 사슬을 완성하게 됩니다.

이와 같이 mRNA의 코돈에 대응하는 tRNA의 안티코돈이 상보적으로 결합하여 펩티드 사슬을 형성하는 과정을 암호의 해독 혹은 번역 과정이라고 합니다. 이러한 번역 과정은 크게 3단계의 과정으로 구분됩니다.

첫 번째 과정은 개시 과정으로 핵에서 나온 mRNA가 리보솜과 결합하여 복합체를 형성하여 시작 코돈인 AUG에 상보적인 tRNA가 붙어 첫 번째 아미노산인 메티오닌(methionine)이 리보솜에 들어오는 과정입니다.

두 번째 과정은 신장 과정으로 첫 번째 tRAN의 뒤를 이어 계속해서 코돈에 상응하는 tRNA가 들어오고 펩티드 결합을 통해 아미노산(amino acid)을 연결하면서 폴리펩티드를 합성하는 과정입니다.

마지막 과정은 종결 과정으로 폴리펩티드가 신장을 계속하다가 mRNA의 정지 코돈(UAA, UAG, UGA)에 도달하면 정지 코돈과 상보적으로 결합할 수 있는 tRNA가 없기 때문에 계속하여 펩티드 결합을 형성할 수 없게 됩니다. 그리하여 폴리펩티드의 합성이 종결되는 것입니다.

 

◎ 번역 후 과정

 

번역이 일어난 후 생성된 폴리펩티드(polypeptide)는 그냥 긴 사슬의 형태입니다. 이것을 1차 구조라고 하는데, 1차 구조만으로는 단백질의 기능을 올바르게 수행할 수 없습니다. 그래서 폴리펩티드는 소포체 속에서 모양이 변하게 됩니다. 우선 폴리펩티드가 잘리고 접혀서 2차 구조를 이루게 됩니다. 그런 다음 둥글게 다시 접히면 3차 구조를 이룹니다. 이렇게 단백질은 3차 구조를 이루어야 기능을 제대로 수행할 수 있습니다. 그리고 때때로 폴리펩티드 사슬에 당이 붙거나 인산기(phosphate group)가 붙는 경우도 있습니다. 이러한 작업도 단백질이 기능을 올바로 수행하기 위해 준비하는 과정입니다. 인슐린 같은 단백질의 경우 이러한 3차 구조만으로도 올바른 기능을 수행할 수 있습니다. 하지만 헤모글로빈(hemoglobin)과 같은 단백질의 경우, 3차 구조로 된 단백질이 4개 모여서 4차 구조를 이루어야 올바른 기능을 수행할 수 있습니다. 이러한 모든 과정은 번역 후에 일어나는 조절 과정입니다.