[왓슨 분자생물학] 14장 발현-1

14.0 발현

1. mRNA 서열은 3개 뉴클레오티드가 한 세트로 해독된다.

- 코돈은 64개 조합이 가능하다

 

2. tRNA 는 mRNA 코돈과 아미노산을 맺어준다.

- tRNA는 안티코돈을 가진다.

- 핵산과 아미노산 사이를 연결해주는 효소는 아미노아실-tRNA (ATP 소모)

- 코돈에 따라 특정 아미노산을 각각의 tRNA 에 결합한다

- mRNA 결합한한 리보솜은 (작은 소단위) 개시코돈을 인식하면 tRNA-Met와 결합 (곧 제거됨)

- 어댑터 분자 : tRNA. 아미노산과 코돈을 인식한다.

 

3. 특정효소가 tRNA에 상응하는 아미노산과 연결시킨다 (아미노아실-tRNA)

- RNA３‘말단에 아미노산을 부착시킴

- 아미노아실 tRNA 합성효소는 기질특이성이 강하다

- 리보솜의 E자리, P자리, A자리에 tRNA가 자리를 옮겨가며 아미노산을 펩티드결합 형성시킨다

- 아미노산 활성화 되면 펩티드 결합할 준비함 → 활성화 아미노산 중간물질은 아미노산 에스터

- 아미노아실 활성화. 아미노산+ATP+tRNA ⟷ 아미노아실 tRNA+AMP+PPi

 

4. mRNA 정보는 리보솜에서 해독된다

- 리보솜 : 번역장소를 제공

- 작은 소단위체는 mRNA, tRNA의 결합을 하게 한다.

- 처음 아미노산은 A자리에 들어간다

 

5. mRNA에 특별한 코돈이 단백질 합성시작과 종결을 알려준다

- AUG 에 시작. 개시 tRNA를 필요로 함 (메티오닌-개시 tRNA는 P자리에 먼저 결합)

- 개시 tRNA 적재된 리보솜 소단위체는 mRNA 5'에 결합

- 그 다음에 AUG를 찾기 위해 소단위체가 이동 → 개시 tRNA가 인지하면 개시인자들이 소단위체에서 떨어짐 → 큰 소단위체가 결합하여 리보솜을 완성시킴

- 원핵 개시코돈은 캡을 가지고 있지 않다.

- 종결코돈은 원핵,진핵 모두 같다

- 방출인자 : A자리에 도달한 종결코돈에 결합하여 물분자가 펩티딜 tRNA에 결합하여 종결시킴

 

6. 단백질은 폴리리보솜에서 만들어진다

- 각 mRNA 분자에 다수의 리보솜이 결합하여 동시다발적 번역

- 단일 mRNA에 80개 뉴클레오티드 간격으로 여러 리보솜이 결합된 조립체

 

14.1 유전자 발현의 조절

1. 유전자발현은 DNA로부터 RNA와 단백질을 만드는 여러 단계에서 조절

- 언제, 얼마나, 전사시킬 것인지, 어떤 가공을 거칠것인지

- 어떤 mRNA 를 핵에서 세포질로 이동시킬 것인지, mRNA를 얼마나 빠르게 분해시킬 것인지, 어떤 mRNA가 리보솜에 번역될 것인지

- 단백질 합성 후 어떤 단백질을 얼마나 빨리 분해시킬 것인지, 어떤 방식으로 어떻게 조절할 것인지

 

2. 전사조절인자는 조절성 DNA 염기서열에 결합

- 전사조절은 전사개시단계에서 발생

- 프로모터는 RNA pol과 결합 → RNA 전사체를 만든다.

- 프로모터 = 실제 전사개시부위 + 개시부위 상단의 50nt (-35, -10 포함. 프로모터 인지부위)

- 프로모터 외에도 ⌜조절성 염기서열⌟이 있다. 전사조절인자가 인식해야만 작동

- 특정 DNA 서열을 인지하는 단백질의 표면은 DNA 표면모양과 맞아떨어져 결합. DNA-결합단백질을 형성

- 전사조절인자 : 3개 α나선 부위를 통해 DNA 큰홈에 결합(수소결합, 이온결합, 소수성 상호작용). 염기쌍간의 수소결합을 방해하지 않고 nt의 가장자리와 상호작용 (훈수두기). DNA 나선에 2량체로 결합 (DNA와 접촉지점 2배)

 

3. 전사스위치를 통해 환경변화에 대응

- E.coli 의 trp 대사 관여 효소 유전자는 5개. 하나의 유전자군을 이루어 배열 (오페론)

trp가 적으면 오페론 전사개시 → 합성 mRNA는 트립토판 합성 (trp 많으면 합성효소유전자 전사 안됨)

- trp 오페론 프로모터 내부의 작동자(operator)를 전사조절인자가 인식

- 작동자에 억제인자(repressor)가 결합하면 RNA pol 은 프로모터 인식 불가 → 오페론 전사 중단 → trp 합성효소를 못만든다.

- 억제인자는 trp 농도가 낮아지면 작동자에 결합할 수 없다 (알로스테릭 조절) 억제인자는 세포내 항상 존재

 

4. 억제인자, 활성인자는 유전자 발현을 조절

- 활성인자 : RNA pol 이 단독으로 프로모터를 인지하지 못하는 경우에 작용. 프로모터 인접 DNA에 결합. RNA pol 과 접촉하여 프로모터의 부족한 전사기능을 도와줌

 

5. 진핵생물의 전사조절인자는 먼 거리에서도 유전자 발현을 조절

- 인헨서 : 진핵의 활성인자 결합부위. 프로모터에서 수 천 염기쌍 떨어진 곳에서 전사 증진. 프로모터와 인헨서 사이 DNA가 고리를 형성 → 인헨서에 결합한 활성인자는 프로모터에 결합한 보편전사인자나 RNA pol과 접촉한다. 매개자는 전사조절인자와 프로모터에 결합한 단백질 사이를 연결시킴.

- 활성인자 역할:➀ 프로모터에 보편전사인자-RNA pol과 결합하여 거대전사복합체 형성을 돕는다.

➁ 색질 구조변화 단백질을 끌어와서 보편전사인자-RNA pol 접근가능성에 영향

 

6. 전사 후 조절

- 스플라이싱 : 동일한 mRNA에서 조직에 따른 다른 종류의 단백질을 생상할 수 있음

- 단백질 번역 후에도 다양한 변형을 통해 단백질 양과 활성정도 조절 가능 (인산화, 아세틸화, 유비퀴틴화)

- mRNA 는 자신의 수명을 조절하는 서열을 단백질 암호화 서열 상단부, 하단부 (비번역부위) 에 가진다.

- mRNA는 번역조절서열도 가진다 → 번역개시단계 조절. AUG가 리보솜의 적절한 위치에 놓이게 함

- 리보솜 결합부위와 rRNA 간 상호작용이 번역개시에 필수적.

- 진핵 mRNA는 5‘말단에 Cap 이 리보솜에게 AUG를 찾을 수 있게 한다

- 진핵, 원핵의 억제인자는 5‘ 비번역서열에 결합해서 AUG에 리보솜이 도달할 수 없게 조절

- 조절 RNA : ➀ miRNA, ➁ siRNA, ➂ 긴 비암호화 RNA(lncRNA)

➀ miRNA : 특정 mRNA 와 염기쌍 형성 → RNA-유도억제 복합체 형성 (RISC) → mRNA 분해

➁ siRNA : siRNA 일부는 세포 내 방어기능. 이중가닥의 외부 RNA 제거 (RNAi).

이 때, 이중가닥 RNA는 dicer 단백질 복합체에 의해 잘린다. → 이중가닥의 siRNA 형성

→ RISC 단백질과 결합 → siRNA 이중가닥을 풀어 한 가닥 제거 → 다른 한 가닥 RNA는 외부 RNA에 결합하여 분해 (RISC와 함께)

➂ lncRNA : Xist가 대표적. X염색체의 불활성화 현상의 주요 조절자. 염색질 구조조정 단백질을 유인 → 응축된 이질염색체로 변화. X 염색체 유전자 발현 억제

 

 

 

참고문헌 :  Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판