아미노산 합성, 번역 과정

먼저 아미노산을 옮겨오는 물류 체계는 tRNA (transport RNA)가 담당한다. 길이는 76~90개의 nucleotides로 구성된다. Nucleotides는 인산+5탄당뼈대+염기로 이루어진, RNA/DNA의 기본 단위이다. 즉, 76~90개의 글자로 구성되었다고 생각하면 된다. 아래 그림을 보면 이해가 된다. 글자수를 세어보라. 그리고 그 글자들은 서로 상보적인 글자들의 조합으로 수소 결합되어 아래 그림처럼 마치 열쇠 모양처럼 스스로 감겨있다. 아래그림의 3’ 끝 부분에 아미노산이 택배처럼 붙어 있고, 아래쪽 anticodon 부분이 mRNA의 codong 부분과 결합하여 아미노산 연결이 완성된다. 이제 택배원은 구했다. 택배원도 단백질 복사할 때, 같이 만든다. RNA polymerase III 공장에서 만든다. 이전 포스팅에서 진핵생물들은 RNA 전사 공장이 3개 I/II/III 존재함을 얘기하였다. 아미노산 종류마다 한넘씩 필요하니 20명을 만들어야 한다.

 

아래 그림을 보면, 3번 택배원이 가져온 아미노산과 4번이 가져온 아미노산이 펩타이드 결합을 하여 1차원적인 단백질 사슬을 형성한다.

 

이제, 조립공장을 세워야 한다. mRNA가 세포밖으로 배출되면 9개정도의 개시 인자 (eukaryotic initiation factors (eIFs)) 가 번역에 개입된다. 먼저 40S(small subunit) 와 60S(large subunit)가 결합하여 80S 결합체를 형성한다. 이것을 위하여 polymerase III 공장에서 다양한 rRNA를 만들고 그 외에 50종의 다양한 리보솜 단백질과 결합하여 단백질 조립공장을 스스로 합성한다. 로보솜 공장은 세포질내에 둥실 둥실 떠있거나 혹은 소포체라는 조직에 결합되어 있기도 한다. 하는 일은 당연히 아아미노산 체인을 연결하여 단백질 중합체(protein polynomer)를 생성하는 것이다.

 

평소에는 떨어져있던 40S와 60S는 mRNA를 만나면 결합되어 아래 그림과 같이 small subunit위에 mRNA가 테이프처럼 올려지고, 3b codon 단위로 이동하면서 large subunit을 이루는 3 site에서 tRNA의 anti-codon과 결합하여 아미노산 조립이 진행된다. 복사 속도는 초당 2-20개의 아미노산 정도로 상당히 느린 편이다.

 

이제 택배원도 구했고, 택배 시스템(large unit)와 조립공장(리보솜), 택배원(tRNA) 모두 만들었고, 설계도(mRNA)도 구해왔다. 이제부터는 정확한 위치에서 시작해서 아미노산들을 연결하여 펩타이드 연결을 시작하면 된다. 시작위치는 자주 얘기한데로 AUG라는 코드부터이다. 마치, 프린터에서 시작 위치에 센서를 두듯이, mRAN도 시작위치에 AUG 센서를 부착하였다. 그리고 AUG는 또한 methionine이라는 아미노산이기도 하기에, 이것이 먼저 합성되는데, 보통은 이 부분은 그냥 버린다. 조금 더 상세히 그 과정을 살펴보면 아래 그림과 같다.

 

먼저, mRNA가 세포질로 방출되면 CAP 이 벗겨지고, eIF4E라는 개시인자(initiation factor 4F)가 그 자리에 붙는다. 그리고, 시작코돈에 해당하는 Met (AUG) 코돈에 맞는 tRNA가 small subunit에 장착된 후에 eIF4E가 붙어있는 5’ 끝 부분에 위치한다. 카트리지가 초기 위치를 잡은 상태이다. 아직은 복사를 시작하면 안되기에 large subunit이 붙지 못하게 eIF2라는 개시인자가 붙어서 막고 있는 상태이다. 이제 카트리지가 이동해서 AUG 위치를 만나면 Met와 결합되면 eIF2는 떨어져 나가고 large subunit이 결합하여, 카트리지가 완성된다.

 

이제부터는 오른쪽으로 이동하면서 복사를 시작한다. 좀 더 상세히 들여다 보면, large subunit의 3개의 site (E,P,A)중에 새로 도착한 4번 택배원은 A site에 접속한다. 현재까지의 연결은 P site에 있는 3번 택배원이 연결을 유지하고 있고, 연결의 바톤을 넘겨준 2번 택배원은 다시 새로운 화물을 운송하기 위하여 밖으로 배출된다. 이제 3번까지의 연결은 4번 택배원의 아미노산을 붙여서 연결되고, 왼쪽으로 한칸 이동한다. 이제 3이 일을 마쳤으니 3은 다시 바깥으로 간다. 이렇게 병렬로 일을 차곡차곡 진행한다. 놀랍도록 정교하다.

 

전체 과정이 머리에 안 들어올 것이다. 이제 아래 동영상을 보면서 이 모든 과정을 정리해 보시길…

https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA