폴리펩타이드 합성 과정과 돌연변이

핵심 정리

유전 정보는 DNA의 염기 서열에서 mRNA로 옮겨지는 전사와, mRNA의 정보를 읽어 폴리펩타이드를 만드는 번역의 두 단계로 발현된다. 번역에서 mRNA는 연속된 염기 세 개씩 끊어 읽으며, 이 세 염기 단위를 코돈이라 한다. 코돈 하나가 아미노산 하나를 지정하거나 번역 종결을 신호하므로 mRNA의 코돈 배열이 폴리펩타이드의 1차 구조, 즉 아미노산 서열을 결정한다. 아미노산 수가 n개인 폴리펩타이드에서 펩타이드 결합 수는 n-1개이다.

번역은 개시 코돈에서 시작하여 종결 코돈에서 끝난다. 시작 코돈인 AUG는 메싸이오닌을 지정하며 번역의 출발점이 된다. 종결 코돈은 UAA, UAG, UGA 가운데 하나이며 아미노산을 지정하지 않는다. 그래서 종결 코돈에 맞는 tRNA는 없고, 리보솜은 종결 코돈을 만나면 합성을 멈추고 폴리펩타이드를 방출한다. 종결 코돈의 종류는 유전자마다 다를 수 있으며, 돌연변이에 의해 달라질 수도 있다.

돌연변이는 DNA 염기 서열의 변화로, 이 변화가 mRNA 코돈에 반영되면 아미노산 서열이 달라질 수 있다. 염기 하나가 다른 염기로 바뀌는 치환이 일어나 특정 코돈이 바뀌면 그 자리의 아미노산이 달라질 수 있다.염기 치환은 코돈을 바꾸어 폴리펩타이드의 아미노산 서열을 바꿀 수 있다. 코돈이 바뀌면 합성되는 폴리펩타이드의 아미노산 서열이 달라질 수 있다. 같은 아미노산을 지정하는 코돈으로 바뀌는 경우에는 아미노산 서열이 변하지 않을 수 있다.

염기가 삽입되거나 결실되면 상황이 달라진다. 삽입되거나 결실된 염기 수의 차이가 3의 배수가 아니면 코돈을 세 개씩 읽는 틀이 바뀌는 틀 이동(프레임 이동) 돌연변이가 일어난다. 결실과 삽입이 각각 일어나면 두 변화 사이에서는 읽힘틀이 바뀔 수 있다. 두 변화 뒤의 읽힘틀은 삽입된 염기 수와 결실된 염기 수의 차이가 3의 배수일 때 원래와 같아진다. 틀 이동이 일어나면 삽입이나 결실된 염기 이후의 아미노산 서열이 모두 바뀌며, 종결 코돈의 위치와 서열도 달라질 수 있다.틀 이동 돌연변이가 일어나면 종결 코돈의 위치와 서열이 달라질 수 있다.

자세히

발현의 출발점은 전사이다. 전사 과정에서 DNA의 한 가닥을 주형으로 하여 mRNA가 만들어지고, mRNA는 핵에서 세포질의 리보솜으로 이동한다. 번역은 리보솜에서 일어난다. 리보솜에는 tRNA가 들어서는 두 자리, A 자리와 P 자리가 있다. 번역 초기에는 시작 코돈 AUG에 메싸이오닌을 가진 tRNA가 P 자리에 자리 잡는다. 이후 mRNA의 다음 코돈에 상보적인 안티코돈을 가진 tRNA가 A 자리로 들어와 아미노산을 전달한다. P 자리의 폴리펩타이드가 A 자리의 아미노산과 펩타이드 결합으로 연결되면, 빈 P 자리의 tRNA가 빠져나가고 리보솜이 mRNA를 한 코돈만큼 이동한다. 이 과정이 반복되다가 종결 코돈이 A 자리에 오면 번역이 끝난다. 아미노산 한 개를 추가할 때마다 펩타이드 결합 하나가 생기므로, 번역이 끝난 폴리펩타이드의 펩타이드 결합 수가 아미노산 수보다 하나 적은 것은 이 때문이다.

돌연변이가 폴리펩타이드에 미치는 영향은 변화의 종류에 따라 다르다. 이를 표로 정리하면 다음과 같다.