IV. 단백질 합성 4.10 폴리펩티드, 아미노산 및 펩티드 결합 4.11 번역 및 유전암호 4.12 운반 RNA 4.10 폴리펩티드, 아미노산 및 펩티드 결합 4.11 번역 및 유전암호 4.12 운반 RNA 4.13 단백질 합성 4.14 단백질 접힘과 분비

4.10 폴리펩티드(polypeptide), 아미노산(amino acid) 및 펩티드 결합(peptide bond) 단백질(protein)은 세포 기능에서 중요한 역할 촉매 단백질(catalytic protein) (효소, enzyme)) 구조 단백질(structural protein) 단백질은 아미노산 중합체(polymer) 아미노산은 펩티드결합(peptide bond)으로 연결되어 폴리펩티 드(polypeptide)를 형성 (그림 4.3)

4.10 폴리펩티드, 아미노산 및 펩티드 결합 아미노산의 화학적 특성은 그 곁사슬(R group)과 관련이 있음 (그림 4.30) 아미노산의 다양성은 다른 생화학적 특성을 갖는 수많은 독특한 단백질들을 가능하게 함 폴리펩티드 내의 아미노산의 일차배열을 1차 구조(primary structure)라고 함

4.11 번역 및 유전암호 번역(translation): RNA로부터 단백질을 합성 유전 암호(genetic code): 핵산 염기 삼자체(triplet) (코돈(codon))는 하나의 아미노산을 암호화 번역 개시와(start codon) 정지를 위한 특별한 코돈(stop codon) - start codon: AUG, stop codon: UAA, UAG, UGA 중복성 암호(degenerate code): 여러 코돈들이 하나의 아미노산을 암호화 코돈을 인식하는 tRNA 상의 안티코돈(anticodon) 동요(wobble): tRNA의 3번째 위치에 비규칙적 염기쌍 형성 (그림 4.32)

4.11 번역 및 유전암호 정지코돈(stop codon): 번역 을 종결 (UAA, UAG, 및 UGA) 개시코돈(strart codon): AUG 에서 번역 시작 해독틀(frame): 삼자체 암호는 정확한 뉴클레오티드에서 시 작하는 것이 번역을 위해 필 요 (그림 4.33) Shine–Dalgarno 서열: 정확한 해독틀을 보장 Open Reading Frame(ORF): 동일한 해독틀 내에서 많은 코돈들과 정지 코돈이 AUG의 뒤를 따름

5'- aauuaauggaguuagcucacucauuaggcaccccauaaggc -3'

4.11 번역 및 유전암호 코돈 편중(codon bias): 동일한 아미노산을 암호화하 는 여러 코돈들은 똑같이 이용되지 않음 생명체에 따라서 다양 tRNA 이용 가능성과 관련 코돈 편중 때문에 한 생명체에서 클로닝된 유전자를 다른 생명체로 옮기면 발현되지 않을 수 있음 일부 소기관 및 몇 세포들은 약간 다른 유전 암호를 가지고 있음 (예, 동물의 미토콘드리아, Mycoplasma, 및 Paramecium)

4.12 운반 RNA 운반 RNA(tRNA): 아미노산 당 최소 1개의 tRNA 세균 세포는 60개의 다른 tRNA를 보유 코돈이 그에 해당하는 아미노산에 특이적임 tRNA과 아미노산은 아미노아실-tRNA 합성효소 (aminoacyl-tRNA synthetase)에 의해서 결합됨 아미노산을 tRNA에 연결하는데 ATP가 요구됨 tRNA 클로버 잎모양 (그림 4.34)

4.12 운반 RNA 안티코돈: mRNA 상의 상보성 염기를 인식하는 tRNA 3개의 염기들 아미노아실-tRNA 합성 효소가 tRNA를 정확하 게 인식하는 과정이 매 우 중요 (그림 4.35) 부정확한 아미노산은 잘 못되거나 기능이 없는 단 백질을 결과로 가져옴

4.13 단백질 합성 리보솜(Ribosomes): 단백질 합성 장소 E. coli는 52개의 구별되는 리보솜 단백질을 보유 세포 당 수천 개의 리보솜 70S: 2개의 소단위체로 구성 (원핵생물은 30S 및 50S) S = Svedberg 단위 rRNA와 단백질로 구성 E. coli는 52개의 구별되는 리보솜 단백질을 보유 30S: 16S rRNA + 21 proteins 50S: 5S rRNA + 23S rRNA + 31 proteins

4.13 단백질 합성 번역 (그림 4.36) 은 주요 3 단계로 구분: 1. 개시(initiation): 두 리보솜 소단위가 mRNA와 연합됨 AUG 시작 코돈에서 시작됨 2. 신장(elongation): 아미노산이 리보솜에 옮겨지고 성장 중인 폴리펩티드에 첨가 리보솜의 A 및 P 자리에서 일어남 자리이동: 폴리펩티드를 잡은 tRNA가 A에서 P 자리로 이 동 3. 종결(termination): 리보솜이 정지 코돈에 도달하면 일어남 방출 인자 (Release factor, RF): 정지 코돈을 인식하고 tRNA로부터 폴리펩티드를 절단 그 후에 리보솜 소단위가 분리 소단위는 자유롭게 새로운 개시 복합체를 형성하고 과정 을 반복 폴리솜(polysome): 동시에 mRNA를 번역하는 리보솜들 의해 형성되 는 복합체 (그림 4.37)

Figure 4.37 Polysomes. 그림 4.37

4.14 단백질 접힘(folding)과 분비 한번 형성되면, 폴리펩티드는 더 안정된 구조를 형성하기 위해서 접힘 2차 구조 한번 형성되면, 폴리펩티드는 더 안정된 구조를 형성하기 위해서 접힘 2차 구조 R기의 상호작용이 분자를 특정 방향으로 뒤틀리고 접히게 힘을 가함 (그림 4.39) 3차 구조 폴리펩티드의 3차원 형태 (그림 4.40) 4차 구조 단백질을 만드는 폴리펩티드의 개수와 형태

4.14 단백질 접힘과 분비 변성(denaturation) 변성이 일어나면 단백질의 생물학적 특성은 대개 상실됨 단백질이 극단적인 열, pH, 혹은 어떤 화학물질에 노출되면 발생 폴리펩티드 사슬이 풀어지는 원인이 됨 단백질의 2, 3 및 4차 구조가 파괴됨 변성이 일어나면 단백질의 생물학적 특성은 대개 상실됨 - denaturant가 제거 한 후 polypeptide의 올바른 folding 이 일어날 수도 있다.

4.14 단백질 접힘과 분비 대부분의 폴리펩티드는 자발 적으로 활성형으로 접힘 E. coli의 chaperonin: 4 종류 일부는 접히기 위해서 분자 샤 프론(molecular chaperone) 혹 은 샤프로닌)chaperonin)의 도 움을 필요로 함 (그림 4.41) 이것들은 접힘만 보조하며 단백 질 내로 들어가지는 않음 부분적으로 변성된 단백질이 다 시 접히는 것을 도울 수 있음 E. coli의 chaperonin: 4 종류 DnaK, DnaJ: ATP dependent GroEL, GroES: ATP dependent, 원통모양의 Heat shock protein의 일 종

4.14 단백질 분비(secretion) 신호 서열(signal sequence): 세 포로부터 수송이 필요한 단백 질에서 발견됨 (그림 4.42) 길이가 15–20개 잔기 단백질 분자의 시작 부위에서 발 견됨 세포의 분비 체계에 신호를 보냄 (Sec 체계) 단백질이 완전히 접히는 것을 방 해 Secretory protein의 인식 SecA: 주로 cytoplasmic membrane을 통과하는 분비 단 백질 Signal recognition protein(SRP): 세포질막을 통과하지 않고 막에 삽입되는 단백질

4.14 단백질 접힘과 분비 접힌 단백질의 분비: Tat 체계 (Tat protein export system) 세포질에서 접힌 단백질이 Tat 단백질 배출 체계 라고 부르는 Sec과는 다른 수송 체계에 의해 서 배출됨 Tat: twin arginine translocase TatBC: twin arginine을 가지는 단백질 인식 TatA: 수송체 철–황 단백질 산화환원형 단백질

4.14 단백질 접힘과 분비 단백질의 분비: 제 1형에서 6형까지 (그림 4.43) 막을 관통하여 통로를 형성하는 단백질의 모든 거대한 복합체 제 2형 및 5형은 Sec 혹은 Tat에 의존 제 1형, 3형, 4형 및 6형은 Sec 혹은 Tat을 필요로 하지 않음

Figure 4.43 분비 of 분자s in gram-negative 세균 using the type III "injectisome" system. 그림 4.43