번역과 유전 암호(코돈·tRNA·리보솜)

핵심 정리

유전 정보는 DNA 의 염기 서열이 전사를 거쳐 mRNA 로 옮겨진 뒤, mRNA 의 염기 서열이 단백질의 아미노산 서열을 정하면서 실현된다. mRNA 의 서열을 아미노산 서열로 바꾸는 과정이 번역이다. 번역에는 mRNA, 리보솜, tRNA 가 모두 필요하다. 번역은 리보솜에서 일어나며, 리보솜은 mRNA 의 코돈을 읽고 tRNA 가 운반한 아미노산을 펩타이드 결합으로 연결한다.

mRNA 의 염기는 세 개씩 묶여 코돈을 이루고, 코돈 하나가 아미노산 하나를 지정하거나 번역 종결을 지정한다. 이 대응 관계를 유전 암호라 한다. 서로 다른 아미노산을 지정하는 코돈은 염기 서열이 서로 다르다. 반대로 한 아미노산을 여러 코돈이 지정할 수 있다. 이를 유전 암호의 축퇴성이라 한다. 종결 코돈은 UAA, UAG, UGA 의 세 가지이며 아미노산을 지정하지 않고 번역을 끝내는 신호가 된다.

아미노산을 운반하는 tRNA 는 한쪽 끝에 안티코돈을, 다른 쪽 끝의 3′ 말단에 아미노산을 결합하는 부위를 가진다. 아미노산은 tRNA 의 3′ 말단에 결합된다. 안티코돈은 mRNA 의 코돈과 상보적으로 결합하여 아미노산을 알맞은 자리로 가져온다. 안티코돈은 tRNA 에 있으며 mRNA 에는 없다.

리보솜은 rRNA 와 단백질로 구성되며 큰 소단위체와 작은 소단위체로 이루어진다. 원핵세포와 진핵세포는 모두 리보솜을 가지며 리보솜은 rRNA 를 포함한다. 리보솜 소단위체는 mRNA 의 개시 코돈 부근에 결합하여 번역을 시작한다. 이후 tRNA 가 차례로 리보솜에 들어와 아미노산을 전달하고, 전달을 마친 tRNA 는 리보솜에서 방출된다.

자세히

번역은 mRNA 의 5′ 쪽에서 3′ 쪽 방향으로 진행된다. 리보솜은 mRNA 를 따라 한 코돈씩 이동하면서 코돈을 하나씩 읽는다. 개시 코돈은 AUG 이며 메싸이오닌을 지정한다. 진핵생물에서 개시 코돈은 메싸이오닌을 암호화하고, 원핵생물에서는 변형된 메싸이오닌이 쓰인다. 번역은 개시 코돈에서 시작하여 종결 코돈에서 끝난다.

번역 과정은 크게 시작, 연장, 종료의 세 단계로 나눌 수 있다. 시작 단계에서는 mRNA 와 리보솜 소단위체, 개시 tRNA 가 결합하여 개시 복합체가 만들어진다. 연장 단계에서는 리보솜의 두 개의 tRNA 결합 자리인 A 자리와 P 자리가 중요하다. 먼저 결합한 tRNA 는 P 자리를 차지하고, 다음 tRNA 는 A 자리에 결합한다. P 자리 쪽 펩타이드 사슬은 펩타이드 결합이 형성되면 A 자리 쪽 tRNA로 옮겨진다. 이어 리보솜이 mRNA를 한 코돈만큼 이동하면 사슬을 가진 tRNA가 A 자리에서 P 자리로 이동하고, 빈 tRNA는 방출된다. 구체적으로, A 자리의 tRNA가 운반한 아미노산과 P 자리 쪽 사슬 사이에 펩타이드 결합이 형성되고, 사슬은 A 자리 쪽 tRNA로 옮겨진다. 다음 코돈은 A 자리에 놓인다. 종결 코돈이 A 자리에 오면 번역이 끝나고 완성된 폴리펩타이드가 방출된다.

아미노산 서열을 결정하는 것은 mRNA 의 코돈이다. 따라서 같은 mRNA 라도 코돈이 바뀌면 지정되는 아미노산이 달라질 수 있다. 예를 들어 UUG 코돈은 류신을 지정하며, 그 자리에 다른 아미노산을 대입해 해석하면 안 된다. 코돈의 해독 방향도 정확히 알아야 한다. 한 코돈 다음에 오는 코돈이 다음 아미노산을 정하며, 코돈은 항상 mRNA 의 5′ 쪽에서 3′ 쪽 순서로 읽는다.