단백질 합성의 세 기구 :

1) mRNA-the template

2) tRNA-the delieverer

3) rRNA (ribosome)-the synthesizer

1) mRNA

1950 년대 말 까지 DNA 가 일단 RNA 로 전사 된 뒤 이로부터 단백질이 합성된다는 것에는 의견이 모아짐 . The question is HOW?

RNA(= 핵산 ) 의 언어가 단백질의 언어로 바뀌는 과정은 일종의 암호해독 (deciphering) 을 필요로 한다 .

Code – coding – triplet codon

하나의 아미노산을 stand for 하는 핵산이 세 개 (triplet codon) 이라는 것을 어떻게 알아내었나 ??핵산의 종류는 4 개 . 아미노산의 종류는 20 개 . if mono-codons: 가능한 아미노산의 종류는 only 4 개 . if doublet –codons : 가능한 아미노산의 종류는 4 X 4 = only 16 개 따라서 최소한 3 개의 핵산이 하나의 아미노산을 암호화 해야 함 .

But WHO codes for WHICH?? p. 242 “ 어떻게 알았을까” 참조

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07_22_readingframes.jpgThree reading frames : who is the real thing? the “OPEN” one

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2) tRNA

tRNA 는 mRNA 를 해독하면서 해당 아미노산과 연결해주는 adapter 이다 . 약 80 nt 로 이루어진 작은 RNA 가닥 .2 차구조로 clover leaf 모양을 형성하며 두 개의 leaf 가 겹쳐서 다시 L자 모양 .

두가닥을 이루지 않는 두 부위중 하나는 RNA 상의 triplet codon 과 결합하는 anticodon, 그리고 다른 하나는 해당 아미노산이 부착되어 있는 자리이다 .

각각의 tRNA 에 누가 지정된 amino acid 를 붙여주나 ?각 amino acid 마다 정해진 aminoacyl – tRNA – synthetase 가 있다 . 모두 20 개 . Anticodon 과 아미노산 수용기 팔의 염기서열을 보고 판독 . 따라서 translation 과정에서 이 효소의 정확도는 매우 중요 .

(A number game) 20 aminoacyl-tRNA synthetase 31 tRNA 61 (64-3 stop) codon

이것은 한 synthetase 가 하나 이상의 tRNA 를 , 그리고 한 tRNA 가 여러 개의 codon 을 인지 할 수 있음을 보여준다 .

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ATP 를 소비하고 형성된 이 high energy bond 는 나중에 peptide bond 형성에 사용됨 .

A “wobble” is allowed here!

tRNA 의 구조상 anticodon 의 첫번째 (=codon 의 세번째 ) nucleotide 는 완벽한 수소결합이 형성되지 않아도 좋다 .

따라서 codon 의 세 번째 자리에 약간의 변이가 허용됨 . (=wobble)

바로 이 현상 때문에 많은 자연발생적 점돌연변이가 치명적인 결과를 가져오지 않고 넘어갈 수 있다 .

또한 한 aminoacid 에 배당되는 염기서열이 두 개 이상인 것도 이 현상으로 설명된다 . (p. 241 그림 21 다시보기 )

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Some ribosomes are free.Some are bound to the ER.

3) rRNA (ribosome) 실제로 단백질의 조립이 일어나는 공장 .

진핵생물의 ribosome 은 세포질에서 합성된 rProtein 이 핵으로 들어가 rRNA와 조합된 뒤 다시 세포질로 나와서 활동 .원핵생물은 large, small subunit 가 모두 조금씩 작다 .

원핵생물의 ribosome large subunit 를 형성하는 rRNA (23S + 5 S. 진핵생물의 경우는 세 개의 28S rRNA.)그림에서 보듯이 ribosome 의 large subunit 는 RNA (not protein) 이 전체적인 모양을 결정하며 peptide bond 를 형성하는 기능도 담당한다 . A Ribozyme.

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07_30_3_step_cycle.jpg단백질 합성 맛보기 :2. Elongation

07_32_initiation.jpg1. Initiation

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3. Termination

07_33_mRNA.encode.jpgShine-Dalgarno (SD) sequence : AGGAGGU

5’-cap 이 없는 원핵생물은 어떻게 단백질 합성을 시작하나 ?각 ORF 의 앞쪽에 위치한 SD 를 16S rRNA 가 인지하고 부착한다 . 원핵생물의 rRNA small subunit 도 initiator tRNA 를 장착하고 다님 . 단 이 경우는 보통 Met 가 아닌 fMET. 왜일까 ??

07_35_polyribosome.jpgPolyribosome 또는 polysome 진핵과 원핵생물에 모두 존재 .단 원핵생물에서는 mRNA 가 아직 DNA 에 붙어있는 상태에서 polysome 이 형성된다 .

진핵생물과 원핵생물의 단백질 합성 과정에서 찾을 수 있는 세부적인 차이는 인간에게 편리하다 .

e.g. 원핵생물의 단백질 합성만을 저해하는 인자를 사용하면 우리 몸의 세포에는 해를 주지 않으면서 감염된 병원균만을 죽일 수 있음 .이것이 바로 항균제 , 또는 항생제 (antibiotics).

알려진 대부분의 항생제는 원핵생물의 단백질 합성단계중 하나를 저해한다 .(p. 252 표 7-2)

곰팡이나 균류 , 또는 원생동물 ( 공통점 : 진핵생물 !) 이 일으키는 질병을 치료하기 어렵고 또한 이들을 죽이기 위하여 사용되는 약물이 환자에게 고통을 주는 이유는 ??

합성된 단백질의 분해

세포내에서 만들어진 단백질을 신속히 분해해야 하는 경우들이 있다 . - 특정 상황에서만 필요한 단백질 ( 세포주기 조절인자 , 신호전달물질 , etc) - 잘못 접힌 단백질이를 위하여 전문적인 분해 장소 (=proteasome) 가 존재 .

Ubiquitin 에 의한 단백질 분해 (ubiquitin-dependent proteolysis) 는 가장 대표적인 단백질 분해 기구 .

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The RNA-World Hypothesis

Idea 의 저장

Idea 의 실행

매개자

1. RNA 가 DNA 보다 먼저 만들어졌다 ?

- 핵산의 모든 염기 ( 아데닌 , 구아닌 시토신 ) 은 각기 고유의 생합성 과정을 거치는 반면 유독 티민만은 우라실의 methylation 을 통하여 만들어 진다 . - 프 라 이 머 가 있 어 야 만 하 는 DNA 중 합 효 소 와 는 달 리 RNA

중합효소는 새로운 가닥을 시작할 수 있다 .

2. 실제 RNA 가 유전물질로 작용할 수 있다 현재도 일부 바이러스는 RNA 를 유전 물질로 사용한다 . RNA virus 중 retrovirus 는 어쩌면 유전정보의 저장 기능이 RNA

에서 DNA 로 이양되는 과정을 보여주는 중간단계가 아닐런지 ?

RNA world 가설을 지지하는 실제 증거들

3. RNA 가 단백질의 역할을 맡는다는 증거

- 핵 속에서 여러 가지 작은 non-coding RNA 들이 intron 의 제거 , mRNA 의 변형과 교정 , 그리고 telomerase 에 의한 말단 연장에 사용된다 .)

- Ribosome 내에서 아미노산과 아미노산 사이의 peptide 결합은 rProtein 이 아니라 rRNA 에 의하여 촉매된다 .

- RibonucleaseP 는 tRNA 의 전 구 체 를 잘 라 서 완 성 된 형 태 로 만들어준다 .

4. 그 밖의 증거

여 러 생 물 이 siRNA 와 miRNA 같 은 작 은 non-coding RNA 를 사 용 하 여 유 전 자 발 현 의 fine-tuning 을 조 절 한 다 (= RNA

interference).

이 현상은 선충에서 가장 먼저 발견되었으나 최근 식물과 동물 , 특히 사람과 같은 고등 포유류에도 존재한다는 사실이 밝혀졌음 . 그 응용범위가 다양한 첨단 생물학 연구는 물론 질병 치료에까지 미친다는 점이 높이 평가되어 2005 년 Nobel 상을 수상함 .

또한 riboswitch 현상도 RNA 가 자신의 translation 을 스스로 조절할 수 있음을 보여준다 .

07_39_copy_itself.jpg1) RNA can replicate itself

07_40_ribozyme.jpg2) RNA canmodify other RNA

07_41_catalyze_synt.jpg3) RNA can catalyze its own synthesis

07_42_RNA_DNA.jpg

여러 가지 non-coding RNA

RNA           이름 기능 rRNA         ribosomal RNA                  단 백 질 합성 tRNA           transfer RNA                  아미노산 운반 snRNA          small nuclear RNA             splicing snoRNA        small nucleolus( 인 ) RNA       RNA processing aRNA          antisense RNA                  유전자 발현 조절 miRNA          micro RNA                     유전자 발현 조절 siRNA          small interfering RNA          유전자 발현 조절

열공 !

“ 핵심용어”

수업자료 중에 제시된 (?) 들

문제 7-7

문제 7-10

문제 7-17

그림 7-31, 32, 33 보지않고 그리기