단백질생합성

살아있는 세포에서의 단백질 합성. 단백질은 생체 내에서 항상 합성과 분해의 동적평형 상태에 있다. 각 단백질은 각각 고유의 속도로 분해되고 또한 새로 합성된다. 세포 내에서 단백질합성은 유리형 리보솜 또는 조면 소포체에 결합한 막결합형 리보솜에서 이루어진다. 전자에서는 주로 세포질단백질(효소)의 합성이, 후자에서는 분비단백질(효소) 및 막구성성분인 단백질의 생합성이 이루어진다.

단백질의 1차구조, 즉 아미노산배열은 DNA의 염기배열에 의해 규정되고 있다. 이 유전정보는 mRNA를 통해 전달된다. 단백질생합성은 mRNA 상의 유전정보를 정확하게 번역하여 정해진 단백질을 발현, 생성하는 과정이며, 다음 4단계 반응으로 구성된다.

(1) 아미노산의 활성화: 각 아미노산은 그 아미노산에 특이적인 아미노아실tRNA합성효소 상에 ATP가 존재하는 상태에서 아실화되어 활성화된다. 이어서 같은 효소 상에서 대응하는 tRNA의 3′말단아데노신에 에스테르결합을 하여 아미노아실tRNA를 형성한다. 이 단계는 아미노산과 그 아미노산에 대한 안티코돈을 가진 tRNA가 결합한다. 즉 유전정보와 아미노산을 정확하게 직접 연결한다는 점에서 단백질생합성의 정확함을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

(2) 합성개시: 모든 단백질생합성은 개시코돈(AUG)에서 개시된다. 개시코돈은 원핵세포에서는 포르밀메티오닐 tRNA (fMet-tRNA), 진핵세포에서는 메티오닐tRNA에 의해 인식된다. 먼저 폴리펩티드사슬개시인자 · GTP의 도움으로 mRNA가 리보솜 위의 바른 위치에 고정되어 mRNA 상의 개시코돈에 fMet-tRNA가 결합한 개시복합체가 형성된다.

(3) 폴리펩티드사슬의 연장: mRNA 상의 다음 코돈으로 규정된 아미노아실 tRNA가, 연장인자 · GTP · Mg^2＋의 도움으로 복합체 상에 결합하여 다음 코돈과 염기쌍을 형성한다. 이 단계에서 fMet는 다음 아미노산의 아미노기로 전이되어 펩티드결합을 형성한다. 이 반응은 리보솜 소단위 내의 rRNA(원핵세포에서는 23S rRNA)에 의해 촉매된다. 이어서 리보솜은 mRNA 상을 1코돈분만큼 5′→3′방향으로 이동한다.

이 순환을 반복하는 것으로, mRNA가 나타내는 유전암호대로 펩티드사슬은 차례로 C말단방향으로 연장해 간다. mRNA의 수명은 짧고, 핵산가수분해효소 등으로 분해되기 쉽다. 그래서 외가닥 mRNA에 차례로 리보솜이 결합하여 폴리솜을 형성하는 동시에 번역되는 것으로, 단시간에 대량의 단백질이 생합성된다.

(4) 합성의 종결: 다음의 아미노아실tRNA가 들어가는 위치에 종결코돈이 오면 tRNA 대신 폴리펩티드사슬 종결인자가 결합하고, 신생폴리펩티드사슬을 tRNA에서 떼어내어 리보솜에서 유리시킨다. 리보솜은 다음 단백질생합성에 재이용된다. 유리된 신생폴리펩티드사슬은 접혀지고, 프로세싱을 받거나 어떤 번역후 수식을 받아서 최종적인 생물활성을 가진 입체구조의 단백질이 된다.

단백질생합성