단백질 합성과정에 대하여

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단백질 합성과정에 대하여 설명하시오.

 

▶답 : 단백질이 유전물질 자체는 아니지만 유전자에 의해서 합성된 1차 산물이며, 생물의 모든 형질을 나타내는 직접적인 물질이다. 단백질 합성의 과정은 DNA→RNA→단백질인 유전정보 흐름의 원리(central dogma)로 설명된다.

DNA의 원형 화살표는 DNA의 자기증식을 뜻하며, DNA에서 RNA가 합성되는 과정을 전사(transcription)라 하고, 이 RNA는 전령RNA(mRNA)이다. mRNA를 주형으로 단백질이 합성되는 과정을 해독(translation)이라 한다. 이 과정에 의하면 유전정보의 전달은 DNA로부터 일방적이다.

 

DNA → RNA → 단백질 합성

 

단백질 합성의 첫 단계는 mRNA의 전사인데 이중나선의 DNA 가닥은 풀려서 한 가닥이 주형이 된다. 주형의 염기서열에 따라서 상보적인 RNA의 염기서열이 결정되며 이 서열이 유전정보의 암호를 만든다.

 

현재 헤모글로빈을 비롯하여 분자량이 작은 여러 종류의 단백질의 유전자에 대한 암호가 밝혀져 있다.

단백질 합성에는 mRNA 이외에도 아미노산을 운반하는 운반RNA(tRNA), 단백질 합성 장소를 제공하는 리보소옴 RNA(rRNA)가 있어야 한다. tRNA의 구조는 클로바잎 모양으로 되어 있고 아미노산과 결합할 위치와 mRNA의 유전암호에 결합할 위치를 가지고 있다. mRNA의 유전암호(codon)와 결합하는 tRNA의 부위를 안티코돈(anticodon)이라 한다. 단백질 합성의 과정은 편의상 폴리펩티드의 ①시작, ②신장, ③종결로 구분하여 설명한다.

 

아미노산은 ATP에서 에너지를 공급 받아 tRNA와 결합하는데 그 위치는 CCA로 끝나는 3′말단에 있다. 그리고 이 첫 번째 tRNA는 mRNA의 일정한 개시암호(AUG)에 결합한다. 그래서 폴리펩티드의 맨 첫 번째 아미노산은 메치오닌(Met)으로 시작된다. 이때는 30S 리보소옴 단위, mRNA 및 tRNA가 결합하는 과정이고 뒤이어서 50S 리보소옴 단위가 결합한다. 다음에는 알라닌(Ala)을 운반하는 tRNA가 유전암호 GCC에 결합하여 Met-Ala가 된다. 이와같은 방법으로 수십～수백 개의 아미노산이 결합하여 긴 폴리펩티드가 된다. 이 과정을 폴리펩티드 신장이라고 한다. 먼저 tRNA는 운반한 아미노산을 뒤에 온 tRNA가 운반한 아미노산과 결합하면 mRNA에서 떨어져 나와 유리 상태가 되며, 다시 아미노산 운반에 참여한다. 리보소옴은 mRNA의 5′→3′ 방향으로 이동하면서 폴리펩티드 사슬을 신장시킨다. 드디어 mRNA의 암호, UAA, UAG, 또는 UGA가 왔을 때 이 코돈에 대응하는 안티코돈을 가진 tRNA가 없어서 폴리켑티드 사슬은 종결짓게 된다. 그러므로 이들을 종결코돈(termination codon 또는 stop codon)이라고 한다.

 

폴리펩티드 신장이 끝나면 30S와 50S 리보소옴은 mRNA에서 이탈한다. mRNA에는 길이에 따라 여러 개의 리보소옴이 결합하여 이를 폴리소옴(polysome)이라고 한다.

 

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