[생물 임용 노트]번역 - 1) RNA 종류와 기능 : mRNA

세균의 mRNA 특징

• 하나 이상의 암호화 서열을 가지는 오페론(operon)이라는 전사 단위를 가짐 → 암호서열인 시스트론(cistion)을 가지며, 하나의 mRNA에 여러 개의 시스트론이 존재하는 polycistron이다.
• intron이 없고, 5'-cap, poly-A-tail이 없다.
• 개시 코돈인 AUG 코돈이 인식되기 위한 특이적인 서열인 shine-dalgarno sequence(SD 서열)가 존재한다.
• SD 서열은 각 시스트론 앞( -8 ~ -13 부근)에 존재하며, 16s rRNA와 상보적인 염기쌍을 만들어 AUG를 30s 소단위가 정확히 찾도록 유도한다.

진핵세포의 mRNA 특징

• 하나의 mRNA 하나의 단백질을 암호화하는 monocistron이다.
• 분리된 암호화 부위인 exon과 그 사이 서열인 intron이 존재한다.
• 5'-cap과 3'-poly-A-tail을 갖는다.
• 전사와 번역이 시공간적으로 분리되어 있다.

진핵 세포 mRNA의 각 부위의 기능

• 5'-cap
  • 리보솜에 결합하고 그 위치를 정하는 것을 도와준다.
  • mRNA를 RNA 가수분해 효소로부터 보호해주어 mRNA 안정성을 높인다.
  • 핵에서 세포질로 이동할 수 잇게 하는 핵공 복합체에 인식 되도록 CBC가 결합하는 부위로 작동한다.
  • mRNA splicing에 필요한 부위로 첫 번째 인트론 제거에 필수적이다.
• 5'-UTR(비번역 부위)
  • 10~20bp로 다양하다.
  • 다양한 역반복 서열이 존재해 hairpin 구조를 형성하는 것이 가능하다.
  • hairpin 구조로 만들어지는 2차원적 구조에 번역 조절 단백질이 결합한다.
  • AUG(개시코돈) 앞 쪽에 공통 서열이 존재한다. → 결여시 리보솜이 인지하지 못한다.
• 3'-UTR(비번역 부위)
  • 다양한 역반복 서열로 2차 구조를 형성하며, 번역 조절 단백질이 결합한다.
  • mRNA 안정성에 영향을 미치며, 수명을 결정한다.
  • 난모세포의 일부 mRNA에서는 위치를 결정한다.
• 3'-poly-A-tail
  • 핵에서 세포질로 이동하는 과정에서 필요한 인식 부위이다.
  • mRNA 분해 전 반복적인 번역이 가능하도록 만들어준다.
  • RNase에 의한 가수분해를 방지해 안정성을 높인다.
  • 마지막 intron의 제거를 촉진한다.

mRNA 수명

조직에 따라 다르며, 번역되는 단백질의 양을 결정한다. 3'-UTR 서열이 수명을 결정하는 신호를 제공한다.

유전암호

유전암호의 성질

• 3개의 뉴클레오타이드로 구성된다.
• 중복되지 않으며, 보편적이다.
• 연속적이고, 규칙화되어 있다.
• 개시 코돈과 종결 코돈을 갖는다.
• 여러개의 코돈에 의해 지정되는 축중성을 갖다.

코돈(codon)

3개의 뉴클레오타이드로 이루어진 유전 암호이다. 61개는 20개의 아미노산을 지정하고, 나머지 3개의 코돈은 아미노산을 암호화하고 있지 않다.

• 개시 코돈 : 모든 세포에서 AUG이며, 세균에서는 N-포르밀메싸이오닌(f-Met)을 암호하고 있다. 진핵세포는 메싸이오닌을 암호화하고 있다.
• 정지 코돈(종결 코돈) : 단백질 합성(번역)을 정지시키는 신호이다. UAA, UAG, UGA이다.
• 동의 코돈 : 같은 아미노산을 암호화하는 여러 개의 코돈을 의미한다.

wobble hypothesis(동요 가설)

• tRNA 안티코돈의 첫 번째 자리와 mRNA 코돈의 세 번째 자리 간에 엄격한 수소결합 형성이 일어나지 않아, 비상보적 결합이 가능하여 tRNA가 하나 이상의 코돈을 인지할 수 있다는 것.
• 코돈의 처음 두 개 서열은 강력한 수소결합(염기쌍)을 형성하며, 유전 암호의 특이성의 대부분을 결정한다. 하지만 세 번째 서열이 U나 G일 경우 동요가 일어나 두 개 이상의 서열을 tRNA가 인식하는 것이 가능하다.
• 유전 암호의 축정성과 중첩이 안 되는 성질은 침묵 돌연변이가 가능하게 하며 단백질의 합성 속도를 빠르게 한다.

intron의 확인 실험 : R-loop 실험

DNA-RNA 혼성체를 만든 후 관찰하면 DNA-RNA 혼성화 부분은 DNA가 단일 가닥으로 존재하는 R-loop가 생기고 intron 부위는 이중 가닥을 형성하고 있다.

R-loop 형성 실험