[분자생물학] 단백질 번역(Translation)과 과정, 리보솜(Ribosome), Quality Control (Elogation Factor), 번역 개시와 종료, Proetin Folding

단백질 번역 (Translation) 목차입니다 :) 필요하신 부분 참조하세요. 

[1] tRNA 구성과 anticodon의 역할 

[2] Ribosomes (리보솜) 구성과 역할 

[3] 단백질로 Translation 과정 (Elogation, 연장단계) 

[4] Quality Control (Elogation Factor에 대한 원핵세포 & 진핵세포 차이점)

[5] Initiation of Translation (번역 개시) - 진핵세포 & 원핵세포 차이점   

[6] Termination of Translation (단백질 번역 종료) 

[7] Protein Folding (단백질 만들어지고 난 후...)

 

* 단백질 합성을 하려면 tRAN+ 리보솜 + mRNA 가 필요하다!

[1] tRNA 구성과 anticodon의 역할 : The link between mRNA & Protein sequence.

tRNA의 모습은 아래 그림과 같다. mRNA는 길게 줄처럼 되어있지만 tRNA 모습은 보통 80개의 베이스로 클로버 모양을 하고 있다. 아래 그림에서 B와 C는 다른쪽에서 본 모습이다! 

아미노산(amino acid, 아래 그림 동그란 볼)은 acceptor stem 있는 쪽, 즉 3' end에 붙어있어서 tRNA를 리보솜에게 가져다주는 역할을 한다. 그래서 가져다주는 일이 있으니까, transfer RNA, 즉 tRNA 이다. D loop, T loop, anticodon loop으로 된 이유는 수소결합으로 double helix 되어있어서 이런 모양으로 생기게 되었다. 

 

 

 

안티코돈에 대해 더 설명해보자면~ 

염기 4개 중에 3개의 염기가 모인것을 코돈(codon)이라 하는데, 4개의 염기종류가 3개씩 모이므로 4X4X4=64, 즉 64개의 코돈이 있고, 64개의 코돈을이 20개의 아미노산으로 encoding된다. (아래 그림 참고, 핑크색이 아미노산이고 그 아래는 줄임말) 코돈의 방향은 5' 에서 3' 방향으로 읽고 안티코돈(역코돈)은 3'에서 5'방향으로 상보적으로 만나게 된다. 

 

 

 

같은 RNA이라 할지라도 Reading Frame, 즉 start codon이 어떻게 되느냐에 따라, 3개씩 아미노산으로 코딩이 되므로 다른종류의 단백질이 만들게 되는 것이다. 아래 그림을 보면, 1번 & 2번 & 3번 모두 같은 RNA이지만, CUC로 시작하느냐, CCC로 시작하느냐, CCU로 시작하느냐에 따라 다른 아미노산으로 코딩되었다. 이때 각각 하나의 아미노산은 다른 tRNA에 있는 anticodon으로 코딩된것으로, tRNA 한개마다 20개의 아미노산 중 하나의 아미노산을 가지고 있는데 rRNA에 맞춰 코돈에 맞게 tRNA가 가지고온 아미노산으로 단백질이 만들어진다.

 

 

 

* 64개의 코돈이 20개의 아미노산으로 코딩이 가능하게 된걸까?  

 그 이유는 tRNA에서 wobble  position이 있어서 wobble codon 염기가 여러개의 안티코돈 염기로 코딩이 가능하기 때문이다. (flexibility) & more than 1 tRNA for many AAs, & Some tRNA can recognize and base pair with more than 1 codon.  

 

 

[2] Ribosomes (리보솜) 구성과 역할 

아래 그림에서 검은 점들이 바로 리보솜이다. 진핵세포에는 Endoplasmic Reticulum(ER) 이나 Cytosol에 있고, 원핵세포에는 cytosol에만 있다. 진핵세포나 원핵세포의 리보솜은 약간 다르지만 공통적으로 Large & small 2개의 subunit으로 1/3은 단백질로, 2/3는 rRNA들로 구성되어있다.

 

 

 

 

 

[3] 단백질로 Translation 과정  

단백질로 번역하는 과정은 Initiation ▷ Elogation ▷Termination 단계인데, 아래 elogation (연장단계)를 살펴보면

Step 1) 리보솜 A 사이트에 파란색 tRNA가 새롭게 들어오고 3번과 4번 끝에있는 아미노산끼리 붙게된다.

Step 2) 3번 tRNA과 연겨로디어있는 아미노산과 떨어지게 되며 

Step 3) 모든것들은 그대로 있고 리보솜의 large unit만 앞으로 1코돈만큼 먼저 가고,  

Step 4) small unit도 다음에 가게되면, A 사이트는 비어있게 되고 3번 tRNA는 E 사이트에 있게된다.  

그러면 다시 Step 1로 비어있는 A 자리에 새로운 tRNA가 들어오고 E 자리에 있던 tRNA는 빠져나간다.

 

 

 

 

 

[4] Quality Control (Elogation Factor에 대해 원핵세포 & 진핵세포 차이점)    

원핵세포인 경우!!, tRNA가 아미노산과 제대로 연결되어있는지를 GTP와 연결된 EF-Tu (Elongation factor Tu, 신장인자)가 확인한다. 이때 EF_Tu는 tRNA에 붙어있다!! 그리고 아미노산과 제대로 연결되어있으면 A자리에 와서 코돈과 안티코돈이 맞는지 다시 확인한다. 이때 맞게 되어있으면 GTP가 GDP로 바뀌면서 EF-Tu와 떨어지게 된다. EF_G는 small unit이 GTP에서 GDP로 바뀌면서 앞으로 오게끔 도와준다. 진핵세포는 같은진행으로 이뤄지고 다만 Elongation Factor 이름이 EF-Tu는 EF-1로, EF_T는 EF-2라고 보면 된다. 

 

 

 참고로, Elongation Factor 없이 리보솜이 단백질합성번역을 할 수 있지만, Elongation Factor로 속도와 효율성을 높여주고 오류난건 없는지 확인한다! 오- 똑똑함.

 

 

 

[5] Initiation of Translation (단백질 번역 개시) - 진핵세포 & 원핵세포 차이점

 

먼저 진핵생물 (Eukarytes)에 대한 번역개시는... (진핵생물이 번역 개시과정이 더 복잡하다 -_-;)

▷ 아래 그림처럼, 리보솜의 small unit과 tRNA에 연결된 elF2 (initiation factor II)가 붙는다. 이때 아래그림에서 tRNA는 번역을 시작하는 단계이므로 개시코돈 (즉 염기서열 AUG로 된것)을 가지고 있어야 한다.

 

▷ 그럼 mRNA가 오게되는데 mRAN는 5'에서 3' 방향으로 코딩이 되며, 이때 5' 앞에 dlF4E (protein)이 있고, 그리고 이것(elF4E)과 mRAN, poly(A) 를 모두 맞닿아 있는 (아래 그림 참조) elF4G가 리보솜의 small unit으로 들어온다.   

 

 

▷ 그 다음엔 initiator tRNA가 mRNA를 5' 에서 3'방향으로 훑어가면서 개시코돈(AUG)을 찾고 찾으면 elF2와 다른 initiator facor는 풀려나가고 (release) 리보솜의 Large unit이 와서 남아있던 tRNA를 P자리에 있도록 덮어씌운다. 그 다음엔 위에서 살펴보았던 elogation 과정을 거친다.

 

 

다음, 원핵생물 (Prokaryotes)에 대한 번역개시는...

하나의 mRNA에 여러개의 initiation site가 있다. 즉, mRNA의 개시코돈이 있는 자리마다 그 앞에 리보솜이 붙게 된다. 그래서 개시코돈과 스탑코돈 사이에만 단백질이 나오게 된다. 이때 진핵생물의 mRNA와는 달리 5' cap이 없다. 그리고 개시코돈의 위쪽(upstream)에 있는 sequence를 Shine-dalgarno sequence라 한다.

 

 

 

[6] Termination of Translation (단백질 번역 종료)

마지막으로 단백질 번역을 끝낼때 과정을 보면, tRNA는 STOP codons (UAA, UAG, UGA)를 인식하지 못하기때문에 이때 이 stop codon을 인식하는 release factor가 A 자리에 오게된다. 그래서 이 release factor가 P자리에 오게되면 단백질 번역과정은 끝나게 된다. 이때 사람의 release factor는 tRNA와 비슷하게 생겨서 오해를 하곤 하는데 왜냐하면 생김새가 비슷해서. tRAN가 아니라 단백질이다.  

 

 

 

 

 

[7] Protein Folding (단백질 만들어지고 난 후...)

단백질의 번역과정이 끝나기도 전에, 만들어지면서 folding이 시작되는것을 co-tranlation이라 하는데 이는 진핵&원핵생물에 다 나타나는 현상이다. 단백질 만들어질때 시작점은 N term이고 끝 부분은 C term인데 folding 역시 N term 에서 시작된다. 물론 번역과정 다 끝난 후 folding 이 되는 경우도 있다. 

 

미토콘드리아로 단백질이 가는 경우, 세포질에 있는 단백질은 hsp70 chaperones 과 연계되어 unfolded한 상태에 있게 된다. sorting은 post-translation이라 한다)

 

단백질 folding 과정에서 제대로 folding이 안되거나 손상된 단백질(denatured protein)은 Hsp 60, Hsp 70 (Heat Shock Protein) 이라는 chaperone catalysis (셰프론 촉매과정) 과정으로 제대로 구조형성을 할 수 있도록 돕는다. 물론 도와줘도 folding이 제대로 안되면 버림.  

 

 헥헥 긴 설명 읽어주셔서 감사합니다 :)