[생명과학] 미생물(세균)에서 유전물질 전달방법

DNA-(전사)-RNA-(번역)-단백질로 전달된다.

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진핵새포의 경우 전사과정이 핵에서 진행되지만 핵이 없는 원핵생물(세균)의 경우 세포질에서 일어난다.

전사

전사과정(DNA→RNA)은 유전정보를 RNA로 옮기는 과정이다. RNA 중합효소가 프로모터에 도달하면 전사를 시작한다. RNA 중합효소는 DNA에 결합해 주형 DNA 가닥에 대응하는 RNA가닥을 형성한다. RNA 중합효소가 종결 코돈에 도달하면 중합효소가 떨어지며 전사과정이 마무리된다. 이때 형성되는 RNA는 DNA의 유전정보를 세포 내 번역기관에 전달하는 역할을 하기 때문에 전령 RNA 또는 mRNA(messenger RNA)로 불린다.

 

이를 세 과정으로 나누면 개시 - 신장 - 종결 로 나눌 수 있다.

개시: RNA 중합효소가 프로모터에 결합하여 RNA 합성을 시작하는 단계

유전자의 시작을 가리키는 프로모터에 RNA 중합효소가 결합한다. 결합한 다음 DNA의 이중나선을 열어 하나의 주형 DNA가닥에 대응하는 RNA 가닥 합성을 시작한다.

신장: RNA 합성되는 단계

RNA 중합효소를 통해 RNA 뉴클레오타이드가 주형 DNA 가닥의 염기와 수소결합을 형성해 RNA 가닥이 길어진다. 합성이 계속되면서 RNA 분자는 DNA 주형에서 떨어져 나오고 전사가 끝난 지역의 DNA 가닥은 다시 결합해서 이중나선이 형성된다. 

종결: 중합효소와 완성된 RNA가 떨어지는 단계

RNA 중합효소가 종결자 DNA에 도달하면 중합효소와 RNA가 떨어져 나오고 전사과정이 마무리된다.

참고 transcription in prokaryote

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번역

mRNA의 유전정보를 단백질의 아미노산 정보로 번역

 

아미노산 자체는 mRNA에 있는 코돈을 인식할 수 없다. 때문에 번역을 위해서는 운반 RNA, 즉 tRNA(transfer RNA)가 필요하다. tRNA의 말단에는 안티코돈이라고 불리는 3염기 조합이 있다. 번역이 진행되면서 이 안티코돈은 mRNA상의 코돈과 상보적으로 쌍을 이룬다. 

 

각각의 아미노산이 해당 tRNA에 부착된다.

mRNA와 첫 번째 tRNA, 리보솜 단위체들이 모인다.

신장 tRNAs가 연속적으로 아미노산을 폴리펩타이드에 이어붙인다. 이때 mRNA는 한 번에 1개의 코돈만큼씩 리보솜 내를 이동한다.

리보솜이 종결코돈을 인지한다. 폴리펩타이드 합성이 종결되고 리보솜으로부터 폴리펩타이드가 방출된다. 

 

번역과정 또한 개시, 신장, 종결의 세 과정으로 나눌 수 있다. 

개시

mRNA 분자가 리보솜의 작은 소단위에 붙는다. 개시 tRNA가 mRNA 분자에서 번역이 시작될 지점을 말해주는 개시코돈에 결합한다.

[개시 tRNA는 메티오닌 아미노산(Met)을 가지고 있고 AUG 개시코돈과 결합할 UAC 안티코돈을 가짐]

 

리보솜의 큰 소단위가 작은 소단위와 결합한다.

개시 tRNA가 리보솜에 있는 2개의 tRNA 결합부위 중 하나인 P 자리에 자리잡는다.

나머지 tRNA 결합부위인 A 자리는 비어 있는데 다음 아미노산을 운반하는 새로운 tRNA가 들어올 자리이다. 

 

신장

새로 첨가될 아미노산을 달고 있는 tRNA 의 안티코돈이 리보솜 A 자리에 있는 mRNA의 코돈과 결합한다.

 

P 자리 의 tRNA에 결합하고 있던 폴리펩타이드가 tRNA에서 분리되어 A 자리의 tRNA가 달고 있는 아미노산과 펩타이드 결합으로 결합한다.

펩타이드 결합에서는 리보솜이 촉매 역할을 하며 이 결과 펩타이드 사슬에 아미노산이 하나 더 첨가되며 이 사슬은 리보솜 분자 내에 형성된 통로를 통해 바깥으로 빠져나간다.

 

P 자리에 있는 (아미노산이 분리된) tRNA 가 리보솜에서 떨어져 나가고, 리보솜이 이동하면서 폴리펩타이드에 연결되어 있는 tRNA 가 A 자리에서 P 자리로 이동한다.

[코돈과 안티코돈은 여전히 수소결합으로 연결되어 있으므로 mRNA와 tRNA는 같이 움직인다.]

 

종결

리보솜의 A 자리에 종결코돈이 나타나면 완성된 폴리펩타이드는 마지막 tRNA로부터 분리되고 이어 리보솜의 단위체들이 분리된다.