번역

번역은 중심가설(central dogma)의 마지막 과정으로, 생체 내에서 DNA로부터 전사된 mRNA의 염기서열을 단백질의 아미노산 배열로 고쳐 쓰는 작업이다. 이 과정은 세포질 내의 단백질 합성 공장과 같은 리보솜에서 일어난다.¹⁾

목차

번역에는 번역의 대상이 되는 mRNA외에도 tRNA, 리보솜이 필요하다.

번역 진행과정(출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Ribosome#/media/File:Peptide_syn.png)

mRNA의 유전정보를 단백질의 아미노산 정보로 번역하기 위해서는 핵산의 세 글자 코돈을 단백질의 아미노산 단어로 전환하기 위해서, 세포는 분자 통역 도구인 tRNA를 사용한다. tRNA의 기능은 각 tRNA 의 안티코돈 정보에 맞는 아미노산을 연결해 있다가 번역 과정에서 mRNA의 코돈에 맞도록 가교 역할을 하는 일이다. 각 아미노산을 적절한 tRNA에 정확히 연결하는 일은 각 아미노산마다의 특이적 효소가 담당한다. 이렇게 만들어진 아미노산-tRNA 복합체는 합성 중인 폴리펩티드 사슬에 아미노산을 전달해주는 역할을 한다. 이 과정은 리보솜 안에서 진행된다.

리보솜(ribosome) 은 mRNA와 tRNA를 가까이 접근시켜 단백질 합성을 촉매한다. 리보솜은 두 개의 소단위(큰 소단위와 작은 소단위)로 구성되며, 각각의 소단위는 여러가지 단백질과 소수의 rRNA로 구성된다. 원핵생물과 진핵생물의 리보솜은 기능이 매우 유사하지만 구성 성분이 다르고 크기가 다르다(원핵: 70S, 진핵: 80S). 구성 성분의 차이는 항생제에 따라 원핵에 또는 진핵에 작용하는 적용성과 관련이 있다. 현재 저해상도의 엑스선 결정 구조가 알려져 있고, 이를 통해 단백질 합성에 관여하는 특이한 아미노산 및 RNA들의 역할이 규명되었다.

대장균 리보솜 (빨간색: 큰 소단위, 파란색: 작은 소단위)(출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Ribosome#/media/File:Ribosome_shape.png)

1960년대 분자생물학자들은 정교한 일련의 실험들을 통하여 mRNA의 서열 정보와 아미노산 사이의 대응 규칙을 알아냈다. 이를 유전암호(genetic code)라 부르는데, 기본적으로 염기서열은 3염기조합 코돈 단위로 읽으며 각 코돈에 상응하는 아미노산이 지정된다. 64가지의 3염기 조합 중 61개는 아미노산을 암호화하며, UAA, UGA, UAG의 3개의 코돈은 아미노산을 지정하지 않고 종결코돈으로 작용한다. 단순한 박테리아부터 복잡한 동식물까지 모든 생물의 유전 암호는 거의 동일하다. 이는 지구상에 존재하는 모든 생물 사이에 밀접한 연관관계가 있다는 것을 의미한다.

리보솜에서는 단백질 합성의 청사진이라 볼 수 있는 mRNA(messenger RNA)의 정보(코돈)를 근거로, 이에 상보적으로 결합할 수 있는 tRNA(transfer RNA)에 부착되어 있는 아미노산들을 차례차례 연결시켜서 단백질을 합성한다. 합성이 시작될 때 처음에 메티오닌(methionine)부터 오는 게 일반적이며, 합성을 끝내는 부분의 mRNA에는 특정한 정지신호 역할을 하는 코돈이 있다. 아미노산이 붙어있지 않은 tRNA가 리보솜에 들어와 mRNA의 정지코돈과 결합하면 아미노산 중합반응이 끝나게 된다. 합성된 단백질은 그 단백질이 갖는 특정한 신호에 의해 목적지로 이동하게 된다.

식물의 세포질과 미토콘드리아 단백질 합성 과정은 다른 진핵생물의 경우와 거의 동일하다. 다만 식물의 경우에는 많은 mRNA의 번역이 빛에 의해 조절되며, 엽록소에서도 단백질 합성이 일어난다는 점이 다르다. 광합성이 활발히 일어나는 조직을 기준으로 보면 대체로 25,000가지 이상의 단백질이 핵 유전체에서 전사되어 나온 mRNA를 바탕으로 세포질에서 만들어지며, 엽록체와 미토콘드리아에서 만들어지는 것은 300가지 이하이다.²⁾

1. Biology. McGraw hill education. 2014. p. 249
2. Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL (2015) Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Wiley & Sons