유전자코드
- 네 개의 뉴클레오타이드
20개의 아미노산, 43 = 64개의 코드 - 1961년 니렌버그(Nirenberg)의 실험 - 대장균의 단백질합성체계 사용
방사성으로 표지된 아미노산과
폴리유리딜산(poly U)의 혼합물 첨가 - 사용된 아미노산들 페닐알라닌
- 세 개의 뉴클레오타이드 최소단위
- 코라나(Khorana)의 코돈의 합성
CUC UCU CUC 루신과 세린만 합성 - 61개는 아미노산을 지정
- 3개는 종결코돈: UAA, UAG, UGA 무의미코돈 - 루신: 여섯 개 세 번째 염기의 퇴화
- 페닐알라닌의 코드 UUC, UUU
세 번째 위치에 들어 맞는 것을 동요(wobble) - 코돈은 XYA 또는 G, XYU 또는 C
- 안티코돈에 I U, A, C와 모두 수소결합
- AUG코돈:
개시코돈 fMet-tRNAfMet 또는 fMet-tRNAmMet
메싸이오닌의 운반체, 개시코돈
개시인자 IF1, IF2, IF3 또는 mRNA의 이차구조가 정확한 AUG를 선택 사용
- 일반적으로 탄화수소잔기를 갖는 아미노산들은 U나 C를 두 번째 염기로 가짐
가지사슬의 메틸그룹을 갖는 아미노산은 U를 두 번째 염기로 가짐
염기성, 산성 아미노산은 A나 G를 두 번째 염기로 가짐
tRNA의 아미노아실화
- 활성화된 아미노산
해당 아미노아실 tRNA합성효소를 인식 - 특수아미노산에 맞는 자신의 해당하는
안티코돈이 mRNA 염기순서에서 정확한 코돈을 인식
- 성장하는 펩타이드사슬
번역과정의 라이보솜에 부착
- 아미노산-아데닐산-효소축합체의 형성
상당한 특이성을 가짐 - 효소의 특이성:
1. 활성화 단계
2. 아미노산 tRNA합성효소단백질
특수한 아미노산 인식, 특수한 tRNA 인식
라이보솜의 구조
- 라이보솜: 세포에서 가장 큰 분자의 단위체인 라이보핵단백질,
세균에서 ~2.5 x 106D,
진핵세포에서 3.9 ~ 4.5 x 106D
- 16S 라이보솜RNA의 이차 구조 30S 와 비슷 - 삼차구조 전자현미경 관찰 직경 250Å
X-선회절분석으로 삼차구조를 얻기 위하여, 1980년 요나(Yonath)에 의해 결정 얻어짐
원핵세포의 30S와 50S의 라이보솜구조들의 공통점 -16S와 23S의 rRNA구조:
고리형으로 연결된 나선구조
- 30S, 50S의 경계면에 3’ 말단 작은 영역
50S 거의 고정, 30S 단백질합성기관에 이동
- 대부분 단백질을 소단위체의 옆이나 뒷면에, 앞면은 두 소단위체의 경계면 형성
- 라이보솜단백질의 대부분 둥근 모양
소단위체 표면에 위치, 이차구조가 없는 긴 분절된 상태로 존재
라이보솜의 단백질합성시 기능 - 아미노아실부위(A)
들어오는 tRNA를 받아들이는 곳 - 펩타이드자리(P)
성장하는 펩타이드사슬에 결합하는 tRNA 펩타이드-tRNA복합체를 받아들이는 부위 - 출구부위(E)
밖으로 나가는 탈아실화된 tRNA 결합부위 - 50S 소단위체
터널 직경 15Å(α-나선 통과 크기)
- 큰 소단위체 폴리펩타이드의 연장반응 촉매 - 작은 소단위체 mRNA, tRNA 인식기능
단백질의 합성
단백질 합성기구로 중요한 것 - 1. mRNA 2. 라이보솜: 합성장소
3. 아미노아실화된 tRNA
4. 수많은 효소들과 보조인자
- 세포질에서 운영, 소포체(ER)과 밀접하게 관련 - 마이토콘드리아, 엽록체
독립적인 단백질합성기구
단백질 합성의 단계 - 아미노산의 활성화
- 폴리펩타이드 사슬의 합성의 개시 - 사슬의 연장
- 합성의 종결
- 합성 후 변형 및 활성화
1. 단백질 합성의 개시
- mRNA가 IF-3 존재하에 30S 소단위체에 결합하여 mRNA-30S-IF3 복합체 형성
- IF-1, IF-2
fMet-tRNA와 GTP를 30S-mRNA-IF3에 부착
30s-mRNA-fMet-tRNA-GTP 형성
- 50S 소단위체 복합체 형성 GTP 가수분해
GDP+Pi, IF1과 IF2로 가수분해, IF3 배출 - 최종생성물
fMet-tRNA-mRNA를 포함하는 70S 복합체
샤인-달가노 염기순서(Shine Dalgarno sequence) - mRNA에서 개시코돈인 5’-AUG를 정확한 위치로
안내하는 역할
- 5’-개시코돈으로부터 8에서 13번째에 있는 염기
네 개에서 아홉 개의 퓨린으로 구성된 개시신호
- 모든 단백질의 합성과정에서 시작되는 아미노산이 특별한 tRNAfMet와 연결되는 N-포밀메싸이오닌 확인
- 모든 Met-tRNA가 포밀화되지는 않음
- 약간 변형된 염기서열을 갖는 다음 번째의 Met-tRNAmet이 특수개시 tRNA와 작용
- P지역: fMet-tRNAf가 채워짐
- A지역: AUG근처 코돈에 의해 정해진 아미노아실 tRNA를 수용
2. 연장단계
(1) 코돈의 지시에 따라 새로운 아미노아실-tRNA가 70s 라이보솜에 부착
(2) P지역에 부착된 tRNA의 펩타이드잔기로부터 펩타이드가 A지역에 새로이 들어오는
아미노아실-tRNA에 이동하여 새로운 펩타이드 형성 (3) A지역으로부터 새로이 형성된 펩타이드의 tRNA가
70s 라이보솜의 mRNA의 특수코돈에 붙은 상태로, mRNA가 5’-3’방향으로 움직임에 따라
70S 라이보솜의 P지역에 이동
- 1단계: 새로운 아미노아실-tRNA
A지역의 mRNA에 의해서 결정된 70S 라이보솜의 A지역에 부착
GTP, EFTu, EFTs 관여
- 2단계:
· 새로운 펩타이드결합의 형성은 50S 라이보솜 소단위체에 연결된
특수단백질에 의해서 촉매
· P지역의 tRNA와 연결된 펩타이드부분은 A지역의 아미노아실-tRNA의
아미노그룹으로 이동, P지역의 탈아실화된 tRNA는 떠남
퓨로마이신은 방해
- 3단계:
새로운 펩타이드-tRNA를 라이보솜의 A지역에서 배출되는 탈아실화된 tRNA를 가진 P지역으로 이동 이동효소 EF-G
· 진핵세포의 EF-2
디프테리아 독소에
의해서 급격히 불활성화
디프테리아 독소의 기능
- NAD+ 존재하에 EF-2의 급격한 불활성화 - 디프테리아독소는 세포막에 부착
- 라이보솜체계에서 부착된 EF-2는 세포질 안으로 유입되면 주변에 급격히 확산
3. 종결단계
(1) mRNA에서 종결신호 확인
RF1, RF2인자 A지역에 부착
(2) 최종의 펩타이드-tRNA의 에스터결합 가수분해 (3) 70S 라이보솜이 30S와 50S 단위체로 분해
IF3는 30S 소단위체 50S 와 30S 재결합 방해 - RF1은 종결코돈 UAA와 UAG인식,
- RF2는 UAA와 UGA 인식,
진핵세포에서는 eRF 한 개의 배출인자 필요 - RF3는 종결코돈의 인식에 도움
번역 후 변형과정과 단백질의 포개짐
(1) 단백질이 실제로 기능을 수행할 수 있는 입체모양으로 포개짐(folding)
(2) 아미노산들의 필요한 변형
(3) 전구상태의 물질이 기능할 수 있는 물질로 변형되기 위한 일부의 제거
(4) 단백질이 기능하는 곳으로 운반되는 일 (5) 단백질이 필요한 곳에 정착되기 위하여
닻(anchor)을 통한 부착
- N-말단의 메싸이오닌이나 f-Met의 제거
단백질의 활성화
- 전구효소로 만들어진 세린단백질가수분해효소들:
트립시노젠, 카이모트립시노젠, 프로카복시펩티데이스
- 신호펩타이드를 포함한 단백질:
전단백질 전구물질(preproprotein)
- 단백질전구체(preprotein) 신호펩타이드 포함
- 유비퀴틴화(ubiquitination):
76개 잔기의 단백질 프로테오솜으로 운반 - 막관통단백질과 분비단백질
N-말단에 신호펩타이드를 가지고
라이보솜에서 나오면 이 신호펩타이드는 신호인식입자(SRP, signal recognition particle)와 결합
목표찾아가기 및 단백질의 붕괴
- 유비퀴틴: 고등생물의 세포에 존재하는 표지용 단백질
- 잘못 만들어졌거나 수명이 다한 단백질의 폐기장 - 프로테오솜(proteosome)에 이동시킴
- 파괴되어야 할 단백질의 결정은 N-말단 잔기의 구성에 따라 좌우됨 단백질의 반감기 결정 - 기관의 형성:
유전자의 전사, 세포주기의 진행, 부종의 형성, 항체의 기능, 종양억제
단백질 파괴와 생체현상 - 식물의 자생수분억제 E3효소가 관여 - 세포주기에 관여단백질
E3효소 유사분열 중 염색체분리에 관여 - 염색체간의 연결고리 단백질
부정확한 염색체의 분리 가능
유산, 악성종양의 원인
- 암억제유전자 p53 세포주기 억제(수선), 세포사멸의 유도, p53의 양은 E3효소에 좌우
단백질파괴의 응용
- 자궁 경부암 원인균: 파필로마 바이러스 단백질
유비퀴틴 부착 E3효소의 활성화 - 골수암 치료제 벨케이드(valcade)
프로테오솜에 작용 기능억제 치료효과 - 알츠하이머병의 원인
단백질(베타이밀로이드) 제거가능성
DNA칩과 단백질체학
- 세포의 모든 mRNA 전사체의 확인 및 정량화
어떤 유전자가 활동적인지 확인 가능 - 유리표면에 부착된 DNA조각을 부착시킨
DNA초미세배열(1cm2의 면적에 수십 만 개의 DNA를 배열)
- DNA mRNA로부터 PCR증폭으로 얻은 cDNA
기기를 사용하여 합성한 mRNA - mRNA 형광으로 표지 DNA와 혼성화
혼성화되지 않은 mRNA 씻어냄
DNA칩상의 형광의 세기
- mRNA가 특정정보의 DNA에 연결하는 정도의 측정 - 종양세포에서 어떤 유전자가 특별히 많이
발현되는지 알 수 있음 정상세포와 비교
원인물질의 탐색
- 세포가 합성하는 단백질의 완전한 세트
프로테옴(proteome)
2차원 전기영동법: 한 방향은 질량의 차이, 수직방향은 등전점
- 단백질체의 연구 단백질체학(proteomics)