생명과학 고3 유전자의 발현

번역

리보솜에서 mRNA의 코돈 정보를 읽어 아미노산을 연결하여 단백질을 합성하는 과정이다.

리보솜이 mRNA의 코돈을 처음부터 차례로 읽고, 그에 맞는 아미노산을 tRNA가 실어 와 펩타이드 결합으로 이어 붙여 단백질을 만드는 과정입니다.

mRNA는 조립 설명서, tRNA는 부품을 하나씩 들고 오는 배달원, 리보솜은 설명서를 읽으며 부품을 끼우는 작업대입니다. 설명서의 언어(염기)와 제품의 언어(아미노산)가 다르기 때문에 '번역'이라고 부릅니다.

쉽게 말하면

전사와 RNA 가공(스플라이싱)을 거친 mRNA가 세포질로 나오면, 리보솜이 붙어 번역이 시작됩니다. 여기서 RNA의 종류 세 가지가 모두 등장합니다 — mRNA는 정보를, tRNA는 아미노산을, rRNA는 리보솜의 몸체와 결합 자리를 제공합니다.

개시 단계에서 리보솜의 작은 소단위체가 mRNA에 결합해 개시 코돈 AUG를 찾습니다. 여기에 메싸이오닌을 실은 tRNA가 붙고 큰 소단위체가 덮이면 작업대가 완성됩니다. 리보솜에는 tRNA가 들어가는 자리가 나란히 있어서, 앞 자리의 아미노산 사슬과 새로 들어온 tRNA의 아미노산이 만나 펩타이드 결합을 이룹니다.

신장 단계에서는 리보솜이 mRNA를 따라 코돈 하나씩( $5^{'} \to 3^{'}$ 방향으로) 이동하며 이 과정을 반복합니다. 빈 tRNA는 떨어져 나가 다른 아미노산을 다시 실어 오고, 폴리펩타이드는 한 칸씩 길어집니다.

종결 코돈(UAA, UAG, UGA)이 나타나면 여기에 짝을 이룰 tRNA가 없으므로 아미노산이 더 붙지 않고, 완성된 폴리펩타이드가 리보솜에서 떨어집니다. 이 사슬이 접히고 다듬어져 기능을 갖춘 단백질이 됩니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

코돈을 아미노산으로 옮기기

$5^{'} -AUG GCU UUA UAA- 3^{'}$

AUG(개시, 메싸이오닌)부터 세 개씩 끊어 읽습니다. GCU, UUA가 각각 아미노산 하나씩을 지정하고, UAA에서 멈춥니다. 종결 코돈은 아미노산을 지정하지 않으므로 이 mRNA에서 만들어지는 폴리펩타이드의 아미노산은 3개입니다.
예시 2

펩타이드 결합과 물 분자

아미노산 $n$ 개가 이어져 폴리펩타이드 하나가 될 때 펩타이드 결합은 $n - 1$ 개 생기고, 결합마다 물 분자가 하나씩 빠져나옵니다. 그래서 빠져나온 물 분자 수도 $n - 1$ 개입니다. 아미노산 수와 결합 수를 헷갈리지 않도록 처음부터 '결합은 사이사이'라고 기억하세요.
예시 3

하나의 mRNA에 리보솜 여러 개(폴리솜)

리보솜 하나가 앞으로 나아가면 그 뒤 빈자리에 다음 리보솜이 붙어, 한 가닥의 mRNA에서 같은 단백질이 동시에 여러 개 만들어집니다. 단백질이 급히 많이 필요할 때 세포가 생산량을 끌어올리는 방식입니다.

순서대로 하면

mRNA 서열이 주어졌을 때 아미노산 서열 구하는 순서

1mRNA의 $5^{'}$ 쪽에서부터 개시 코돈 AUG를 찾습니다. 앞에 붙은 비번역 구간은 세지 않습니다.
2AUG를 기준으로 세 염기씩 끊습니다. 한 칸이라도 밀려서 끊으면 그 뒤 아미노산이 전부 달라집니다.
3종결 코돈(UAA, UAG, UGA)이 나오면 거기서 멈춥니다.
4아미노산 개수는 개시 코돈부터 종결 코돈 직전까지의 코돈 수입니다 — 종결 코돈은 세지 않습니다.

자주 하는 오해

종결 코돈이 지정하는 아미노산이 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움코돈이 3개짜리 묶음이니 종결 코돈도 아미노산 하나를 지정한다

실제로는UAA, UAG, UGA에는 대응하는 tRNA가 없어 아미노산이 붙지 않습니다. '여기서 끝'이라는 신호일 뿐입니다.

종결 코돈 자리에는 tRNA 대신 방출 인자가 들어와 폴리펩타이드를 떼어 냅니다. 이 때문에 아미노산 수를 셀 때 종결 코돈을 함께 세면 항상 1개가 더 나옵니다. '코돈 수 = 아미노산 수'가 아니라 '개시부터 종결 직전까지의 코돈 수 = 아미노산 수'입니다.

리보솜이 mRNA의 맨 앞 염기부터 세 개씩 읽는다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움mRNA 첫 염기부터 세 개씩 끊어 읽으면 된다

실제로는리보솜은 개시 코돈 AUG를 찾은 지점부터 읽기 시작합니다. 그 앞의 염기들은 번역되지 않습니다.

mRNA 앞쪽에는 리보솜이 붙기 위한 비번역 구간이 있습니다. 읽기 시작점(해독틀)이 어디냐에 따라 같은 서열에서도 전혀 다른 아미노산 서열이 나옵니다. 그래서 염기가 하나 빠지거나 끼어드는 돌연변이는 그 뒤 서열 전체를 어긋나게 만들어, 염기 하나가 다른 염기로 바뀌는 돌연변이보다 훨씬 큰 피해를 줍니다.