조류생물학

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8장
해독(translastion)
mRNA의 언어를 단백질 언어로 번역하기
# mRNA
# tRNA
# 아미노아실 tRNA (aminoacyl-tRNA synthetase)
# 리보솜
mRNA
# 폴리펩티드 사슬은 열린 읽기틀에 의해 지정된다.
- 열린 읽기틀 (open reading frame)
- 코돈 (Codon): mRNA에서 단백질을 암호화하기 위해 3개의 연속된 뉴클레오티드가 1개
의 아미노산의 종류를 결정한다. 이 3개의 뉴클레오티드를 트리플렛 코드라 부르며, 이것
을 코돈이라는 단위로 나타낸다.
- 개시코돈 (Start codon): 진핵세포의 경우 AUG (세균의 경우 AUG, GUG, UUG)
- 종결코돈 (Stop codon): UGA, UAG, UAA
# 원핵생물 mRNA는 번역기구를 끌어안는 리보솜 결합자리를 가지고 있다.
- 리보솜 결합자리 (Ribosome-binding site, RBS)
- 폴리시스트론 mRNA (polycistronic mRNA)
- 모노시스트론 mRNA (monocistronic mRNA)
tRNA
# tRNA는 코돈과 아미노산을 연결시켜 주는 어뎁터다.
- 길이가 75-95개의 뉴클레오티드다.
- 말단이 CCA로 끝난다.
- 유사우리딘(ψU), 디히드로우리딘
# tRNA는 클로버 잎을 닮은 공통적인 2차 구조를 가진다.
# tRNA의 3차원 구조는 L자 모양이다.
tRNA에 아미노산 부착
# tRNA는 3’말단의 아데노신 뉴클레오티드에 고에너지 아실결합에 의한 아미노산의 결합
으로 충전된다.
- 아미노아실 tRNA 합성효소는 두 단계를 거쳐 tRNA를 충전시킴
- 비충전 tRNA (uncharged tRNA)
- 충전 tRNA (charged tRNA)
# 아미노아실 tRNA 합성효소는 고유한 자신의 tRNA에 대해 독특한 구조적 특징을 인식한다.
# 아미노아실 tRNA의 형성은 아주 정교하게 이루어진다. 어떤 아미노아실 tRNA 합성효소
는 tRNA 충전 시에 높은 정확도를 위해 교정포켓을 사용한다.
Cys
Cys
# 리보솜은 바르게 충전된 tRNA와 잘못 충전된 tRNA를 구분하지 못한다.
리보솜
# 리보솜은 단백질 합성을 지휘하는 거대분자 기구다.
- 속도비교: DNA (200-1000 뉴클레오티드/초), RNA (50-100 뉴클레오티드/초), 단백질
( 원핵세포: 20개 아미노산/초, 진핵세포: 2-4개 아미노산/초)
# 리보솜은 큰 소단위와 작은 소단위로 구성된다.
- 큰 소단위는 펩티딜
전이효소중심을 가지
고 이곳에서 펩티드
결합이 일어남.
- 작은 소단위는 해독중
심을 가지고 있어서
충전된 tRNA가
mRNA의 코돈을 읽고
해독한다.
# 큰 소단위와 작은 소단위는 번역의 각 회로에서 결합과 해리를 반복한다.
- 리보솜 회로 (ribosome cycle)
# 새로운 아미노산은 성장하는 폴리펩티드의 카르복시 말단에
부가된다.
# 펩티드결합은 성장 중인 폴리펩티드 사슬이 하나의 tRNA에서
부터 다른 tRNA로 전달되면서 일어난다.
- 펩티딜-tRNA에서 아미노아실-tRNA로 폴리펩티드 사슬이
전달될 때 새롭게 형성된 펩티드 결합을 펩티딜 전이효소반응
(peptidyl tansferase reaction)이라 한다.
# 리보솜은 세 곳의 tRNA 결합자리를 가지고 있다.
- A 자리: 아미노아실-tRNA의 결합자리
- P 자리: 펩티딜-tRNA의 결합자리
- E 자리: 성장 폴리펩티드로부터 방출된 tRNA와 결합하는 부위
번역의 개시
# 성공적인 번역 개시를 위한 세 가지 사건
- 리보솜이 mRNA로 이동해야 함
- 충전된 개시 tRNA가 리보솜 P자리에 위치해야 함
- 리보솜이 mRNA에 개시코돈 위에 정확하게 위치해야 함
# 원핵생물의 mRNA는 먼저 리보솜의 작은 소단위에 있는 rRNA와 염기쌍을 형성한다.
# 변형된 메티오닌으로 충전된 특이한 tRNA가 작은 소단위에 직접 결합한다.
# 세 개의 개시인자가 mRNA와 개시 tRNA를 포함하는 개시복합체의 조립을 지휘한다.
- 번역개시인자: IF1,2,3
- IF1: 작은 소단위의 A자리가 될 부분
에 tRNA가 결합하는 것을 방해한다.
- IF2: IF1, 개시 tRNA와 상호 작용하
여 개시 tRNA가 리보솜의 작은 소단
위에 결합하도롣 한다.
- IF3: 작은 소단위에 결합하여 큰 소단
위가 결합하는 것을 막는다.
# 진핵생물의 리보솜은 mRNA의 5’캡에 결합한다(cf. 원핵세포 RBS)
- 작은 소단위에 결합하는 개시 tRNA
는 항상 mRNA보다 먼저 결합한다.
- mRNA를 인식하는 보조인자 (eIF4)
를 가진다.
- 개시 tRNA와 결합한 리보솜은 개시
코돈을 찾기 위해 mRNA의 5’말단
의 하류를 스캐닝한다.
- 개시코돈과 결합한 개시 tRNA에 리보솜 큰 소단위가 결합한다.
번역의 신장
# 세가지 주요 사건
- A자리에 있는 코돈에 알맞은 아미노아실-tRNA가 A자리로 들어온다.
- A자리에 있는 아미노아실-tRNA와 P자리에 있는 펩티딜-tRNA 사이에 펩티드결합이 일어난
다.
- A자리에 있는 펩티딜-tRNA와 이에 결합한 코돈이 P자리로 전좌(translocation) 한다.
# 번역의 신장에 관여하는 신장인자
- EF-Tu
- EF-G
# 신장인자 EF-Tu가 아미노아실-tRNA를 A자리로 전달
한다.
- 아미노아실-tRNA 자체는 리보솜에 직접 결합할 수 없기
때문에 신장인자에 의해 호송된다.
- 인지결합중심(fator binding center): GTPase 활성을 촉
발시켜주는 큰 소단위체의 영역
# 리보솜은 틀린 아미노아실-tRNA를 걸러내기 위해 여러 가지 기작을 사용한다.
- 번역에서 에러가 날 확률: 1/1000 – 1/10000
- 적응(accommodation)
# 펩티드 결합의 형성과 신장인자 EF-G는 tRNA와 mRNA의 전좌를 촉발한다.
- EF-G는 A자리에 결합한 tRNA를 이동시킴으로써 전좌를 촉발한다.
# EF-Tu-GDP와 EF-G-GDP는 새로운 신장회로에 들어가기 전에 GDP를 GTP로 교환해야
한다.
- 펩티드 결합이 한번 일어날 때마다 두 분자의 GTP와 한분자의 ATP를 소비한다.
번역의 종결
# 종결코돈에 응답하여 방출인자 (release fator, RF)가 번역을 종결한다.
- 두 가지 형태의 방출인자: Ⅰ(원핵세포의 경우, RF1: UAG인식,RF2: UGA인식; 진핵세포
의 경우, eRF1), Ⅱ(원핵세포의 경우, RF3; 진핵세포의 경우, eRF3)
# Ⅰ형 방출인자는 종결코돈을 인식하고
P자리에서 tRNA로부터 펩티드 사슬의
가수분해를 촉발한다.
- Ⅰ형 방출인자는 GGQ(글리신-글리신
-글루타민) 잔기가 필수적이다.
# Ⅱ 형 방출인자는 Ⅰ형 방출인자를 리
보솜으로부터 방출되도록 자극한다.
# 리보솜 재사용인자(ribosome recycling factor, RRF)는 tRNA를 모방한다.
# 유전 암호의 규칙: 돌연변이에 해로운 영향을 최소화하는 방식으로 암호가 진화됨
1.코돈의 두번째 염기가 피리미딘인 경
우, 소수성 아미노산을 지정하는 반면
퓨린을 가지면 극성 아미노산에 해당
된다. 이는 가장 흔한 돌연변이인 염
기전이에 대해 보호받는다.
2. 코돈의 세번째 염기가 바뀌는 돌연변
이는 흔하게 대수롭지 않은 결과를 보
인다.