DNA에서 단백질로

DNA에서 mRNA에 이르는 세포에서 단백질로의 유전 정보의 흐름은 유전자가 mRNA의 서열을 지정한다는 것을 명시하는 중앙 교리에 의해 기술되며, 이는 차례로 모든 단백질을 구성하는 아미노산의 서열을 지정합니다. 한 분자를 다른 분자로 디코딩하는 것은 특정 단백질 및 RNA에 의해 수행됩니다. DNA에 저장된 정보는 세포 기능의 중심이기 때문에, 세포가 DNA 자체를 온전하고 보호하면서 단백질 합성을 위해 이 정보의 mRNA 사본을 만들 것이라는 것은 직관적인 의미가 있습니다. DNA를 RNA에 복사하는 것은 DNA 가닥에서 읽히는 모든 뉴클레오티드에 대한 mRNA 가닥에 1개의 뉴클레오티드가 추가되는 것과 함께 상대적으로 간단합니다. 단백질에 대한 번역은 3mRNA 뉴클레오티드가 폴리펩티드 서열에서 하나의 아미노산에 해당하기 때문에 조금 더 복잡하다. 그러나, 단백질에 대한 번역은 여전히 체계적이고 대장선적이며, 이러한 뉴클레오티드 1 대 3은 아미노산 1에 해당하며, 뉴클레오티드 4 에서 6은 아미노산 2에 해당한다.

유전 코드는 퇴화하고 보편적입니다.

각 아미노산은 삼중 코돈이라고 하는 3개의 뉴클레오티드 서열에 의해 정의됩니다. mRNA와 단백질 “알파벳”에서 “문자”의 다른 숫자를 감안할 때, 과학자들은 단일 아미노산이 뉴클레오티드의 조합으로 표현되어야한다고 이론화. 뉴클레오티드 더블트는 16개의 가능한 2-뉴클레오티드 조합(42)만 있기때문에 모든 아미노산을 지정하기에 충분하지 않을 것이다. 대조적으로, 아미노산의 수보다 훨씬 더 많은 64 개의 가능한 뉴클레오티드 트리플릿 (4^3)이있습니다. 과학자들은 아미노산이 뉴클레오티드 삼국으로 인코딩되었고 유전 코드가 “퇴화”되었다고 이론화했습니다. 즉, 주어진 아미노산은 하나 이상의 뉴클레오티드 삼중으로 인코딩될 수 있다. 이것은 나중에 실험적으로 확인되었습니다: 프랜시스 크릭과 시드니 브레너는 바이러스의 유전자에 1, 2, 또는 3개의 뉴클레오티드를 삽입하기 위하여 화학 돌연변이원 proflavin를 이용했습니다. 하나 또는 두 개의 뉴클레오티드를 삽입했을 때, 정상 단백질은 생성되지 않았다. 3개의 뉴클레오티드를 삽입했을 때, 단백질은 합성되고 기능적이었습니다. 이것은 아미노산이 3개의 뉴클레오티드의 단에 의해 지정되어야 한다는 것을 입증했습니다. 이 뉴클레오티드 삼중항은 코돈에게 불립니다. 하나 또는 두 개의 뉴클레오티드의 삽입은 삼중 제거 프레임을 완전히 변화시켰고, 따라서 모든 후속 아미노산에 대한 메시지를 변경한다. 비록 3개의 뉴클레오티드의 삽입은 번역 도중 삽입되는 여분의 아미노산을 일으키는 원인이 되었지만, 단백질의 나머지 의 무결성은 유지되었습니다.

폴리펩티드 사슬에 특정 아미노산을 첨가하도록 지시하는 코돈 외에도, 64코돈 중 3개는 단백질 합성을 종료하고 번역 기계로부터 폴리펩티드를 방출한다. 이 세 쌍둥이는 말도 안되는 코돈또는 중지 코돈이라고합니다. 또 다른 코돈, 8 월, 또한 특별한 기능을 가지고. 아미노산 메티오닌을 지정하는 것 외에도 번역을 시작하는 시작 코돈역할을 합니다. 번역을 위한 판독 프레임은 mRNA의 5′ 끝 근처의 AUG 시작 코돈에 의해 설정됩니다. 시작 코돈에 따라, mRNA는 정지 코돈이 발생할 때까지 세 그룹으로 읽습니다.

여러 유사한 코돈에 의한 단일 아미노산의 사양을 “퇴종”이라고 합니다. 퇴종은 무작위 돌연변이의 부정적인 영향을 줄이기 위해 세포 메커니즘으로 믿어진다. 동일한 아미노산을 지정하는 코돈은 전형적으로 하나의 뉴클레오티드에 의해서만 다릅니다. 또한 화학적으로 유사한 측면 체인을 가진 아미노산은 유사한 코돈에 의해 인코딩됩니다. 예를 들어 GA* 블록을 차지하는 아스파르트(Asp) 및 글루(Glu)는 모두 음으로 충전됩니다. 유전 코드의 이 뉘앙스는 단일 뉴클레오티드 대체 돌연변이가 동일한 아미노산을 지정할 수 있지만 효과가 없거나 유사한 아미노산을 지정하지 않도록 하여 단백질이 완전히 작동하지 않는 것을 방지합니다.

유전 코드는 거의 보편적입니다. 몇 가지 사소한 예외를 제외하고, 거의 모든 종은 단백질 합성을 위해 동일한 유전 코드를 사용합니다. 코돈의 보존은 말의 글로빈 단백질을 인코딩하는 정제 된 mRNA가 튤립 세포로 옮겨질 수 있으며 튤립이 말 글로빈을 합성한다는 것을 의미합니다. 단 하나의 유전 코드가 있다는 것은 지구상의 모든 생명체가 공통의 기원을 공유한다는 강력한 증거이며, 특히 20 개의 아미노산과 64 개의 삼중 코돈의 약 10⁸⁴ 개의 가능한 조합이 있다는 것을 고려합니다.

이 텍스트는 Openstax, 생물학 2e, 제 15.1 장: 유전 코드에서 적응되었습니다.