세포생물학 Chapter 8: 단백질 합성과 분류

개요(1) 장 초점: - 전사는 DNA의 풀림으로부터 기능성 RNA로 일어난다 - RNA를 단백질로 전환하는 번역이 일어난다 -새로이 합성된 단백질이 세포 내 정확한 장소에 보내지는 단백질 선별이 일어난다

개요(2) 절 요지: 전사는 DNA 유전암호를 RNA로 전환한다 단백질은 mRNA 주형을 사용해서 리보솜에 의해 합성된다 진핵세포에서 단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯 가지 기작이 요구된다

전사는 DNA 유전암호를 RNA로 전환한다 중요 개념 (1): 전사는 DNA가 부분적으로 단일가닥으로 분리되고 노출된 단일가닥은 주형으로 사용되는 점에서 DNA 복제와 유사하다. 전사버블의 한쪽 가닥만이 부형이 되고 버블 크기가 전사과정에서 커지지 않는다는 점에서 전사는 일반적으로 DNA 복제와 다르다. 전사는 3단계로 개시, 신장과 종결로 구분된다.

전사는 DNA 유전암호를 RNA로 전환한다 중요 개념 (2): 진핵생물 RNA는 전사후 과정을 진행하고 mRNA 는 공정단계에서 가장 성숙된 RNA이다. 공정단계에 이어 RNA는 몇 개의 단백질과 결합하여 핵공을 통해 세포질로 수송된다.

Transcription

RNA 중합효소는 풀어진 단일가닥 DNA의 “버블” 에서 유전자를 전사한다 전사버블 DNA 복제 버블과 비슷하다 단일방향 단일 가닥

전사는 3단계로 일어난다(1) 진핵생물에서 세가지 다른 RNA 중합효소가 다른 형태의 RNA를 전사하는 데 사용된다 RNA 중합효소 I, II, II (pol I, II, III) 전사는 RNA 중합효소가 DNA 프로모터 부위와 결합한 후 시작된다 전사인자에 의한 시작부위

전사는 3단계로 일어난다(2) 전사인자는 기본 전사 복합체를 형성한다

전사: 개시 전사 개시부위 – 핵심 프로모터 TATA 박스

전사: 신장 RNA 중합효소가 3’에서 5’ 방향으로 해독할 때 RNA전사는 5’에서 3’로 확장된다 Gyrase Topoisomerase

전사: 종결 종결은 종결신호인 특별한 DNA서열에 의해 암호와된다 일부분에서 종결은 전사를 종결토록 하는 RNA 중합효소를 유도하고 전사된 유전자에서 종결서열을 탐지하는 RNA 중합효소에 결합하는 부가적인 단백질을 요구한다 종결부위가 특수한 경우로 항 종결단백질이 종결부위에 결합하고 전사 종결을 억제하는 경우이다

진핵세포에서 mRNA는 핵을 떠나기 앞서 공정과정을 거친다 스플라이솜(spliceosome)은 RNA 접합(splicing)을 조절한다 mRNA의 5’와 3’ 끝은 떠나기 앞서 수정된다

RNA 수정 5’ 메칠화 캡 폴리(A) 꼬리

핵 밖으로 RNA수송은 핵 수송단백질에 의해 단일 방향으로 조정된다 종속 핵 리보 뉴클레오 단백질(hnRNP) 전령 뉴클레오 단백질 (mRNP)

단백질은 mRNA 주형을 사용해서 리보솜에 의해 합성된다 중요 개념: 번역은 mRNA 정보를 폴리펩티드로 전환하는 것을 기술하는 용어이다. 번역은 rRNA, tRNA, mRNA와 수많은 단백질의 협력을 요구한다. 번역은 세포 내 가장 큰 복합체 중 하나인 리보솜에 의해 수행된다. 번역의 단계는 개시, 신장과 종결 세 가지로 구분되고 이것들은 전사의 세 가지와 동일한 명칭이지만 내용이 다르다.

번역은 3단계로 일어난다 주요 역활자 리보솜 tRNA 전사인자 리보솜은 3개 tRNA-결합 부위 A, P와 E 부위

단계 1: 개시는 mRNA와 rRNA사이의 염기 쌍을 요구한다 목표= 번역에 필요한 모든 요소를 한 덩어리로 만드는 것이다 리보솜 결합 부위(ribosomal binding site)를 찾는 리보솜의 작은 소단위 = Shine-Delgarno 서열 = 개시부위 위쪽 mRNA와 작은 소단위는 평행하게 배열될때 개시 tRNA인 첫 번째 tRNA가 AUG에 결합한다. 그리고 큰 리보솜 소단위가 작은 소단위에 결합하여 리보솜을 완성한다

단계 2: 신장 아미노산이 A 부위에서 카르복시 말단에 첨가된다

단계 3: 종결 종결은 폴리펩티드를 tRNA에 붙잡는 결합이 가수분해될 때 일어난다 종결코돈 방출인자

단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯가지 기작이 요구된다 중요 개념(1): 진핵세포에서 단백질 합성과정은 실질적으로 세포기질에서 집중되고 이들 단백질의 대부분은 신호서열에 의해 특수한 세포 내 영역으로 수송된다 핵을 떠나거나 핵으로 들어가는 단백질은 항상 기능적인 형태를 유지한다 퍼옥시솜으로 들어가는 기능적인 접힌 단백질은 단일방향으로 수송되고 이 퍼옥시솜 단백질은 세포기질을 포함한 몇 가지 영역에서 유래되는 것 같다

단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯가지 기작이 요구된다 단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯가지 기작이 요구된다 중요 개념(2): 단백질은 번역되면서 소포체로 들어가고 소포체 내강에서 최종 모양으로 접힌다. 또한 그들은 광범위한 번역 후 변형을 진행한다 막 관통 폴리펩티드의 분명한 소수성 서열은 막 안에서 안정시키는 역할을 한다

단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯가지 기작이 요구된다 단백질의 적절한 목적지를 위해 적어도 다섯가지 기작이 요구된다 중요 개념(3): 미토콘드리아와 엽록체 내 단백질은 공통 원핵성 기원을 암시와 같이 매우 비슷한 번역 후 기작을 통해 들어온다. 셰프론(chaperone) 단백질은 세포기질에서 풀리고 세포 소기관에서 접힌 상태로 일부 mRNA는 세포기질 내 특정 부위에 위치하여 이 단백질을 모아지도록 할 수 있고 액틴과 미세소관의 골격단백질 연결망은 이 과정을 돕는다

신호서열 은 단백질의 적절한 목적지를 위해 암호한다

핵 유입/방출 계는 핵공을 통한 대형분자의 출입을 조절한다 단백질은 적절하게 접히고 기능적 상태로 핵 안팎으로 수송된다 핵위치 서열과 핵방출 신호는 각각 NLS와 NES에 의해 인식되는 아미노산 서열이다 핵 수송의 방향은 Ran에 의해 조절된다

퍼옥시솜으로 향하는 단백질은 퍼옥시솜 목적 신호(PTS)를 갖는다 단백질은 적절하게 접여진 기능적인 상태로 퍼옥시솜 기질로 수송된다 PTS수용체는 운반물을 전달한 후 세포질로 돌아온다 퍼옥시솜 막단백질의 유입은 잘 알려지지 않았다

분비 단백질과 내막계로 들어가는 단백질은 소포체 신호서열을 포함한다 공동 번역과정 접혀지지 않음 단일 방향성

SRP – Translocon – 신호 펩티다제( peptidase)

막관통단백질은 신호 고정서열을 가진다 막관통 도메인 신호고정 서열 4 종류의 막관통단백질: I-IV

막 관통단백질 방향

단백질이 소포체 내강에 들어갈 때 번역후과정에서 수정된다

셰프론(chaperone) 단백질은 ER 단백질의 적절한 접힘을 돕는다

말기에 잘못 접힌 소포체 내 단백질은 세포기질에서 분해된다 소포체 내 잘못 접힌 폴리펩티드는 세포기질로 역관통된다 세포기질에서 잘못 접힌 폴리펩티드는 유비퀴틴화되고 이어 프로테오솜에 의해 분해된다 이 폴리펩티드를 식별하고 역관통과 파괴과정을 ER-보조 분해(ER-assist degradation, ERAD)라 한다

미토콘드리아와 엽록체로 향하는 세포기질 단백질은 N 말단 신호서열을 가진다 미토콘드리아와 엽록체로 단백질 수송은 번역후과정과 에너지 의존성이다

세포골격은 mRNA를 고정하고 수송한다 mRNA는 선택적으로 세포기질의 특정영역에 위치하기는 어렵지만 그러나 일부는 가능하다. 예– zipcode 서열=b- 액틴 mRNA로 이동하는 세포의 선도부분의 구석을 형성하는 분지 액틴망에 연결하는 단백질에 결합하기 때문이다