RNA 구조

개요

RNA의 기본 구조는 5탄당과 4개의 질소 염기(nitrogen base) 중 하나로 구성됩니다. 대부분의 RNA는 단일 가닥이지만 복잡한 2차 구조와 3차 구조를 형성할 수 있습니다. 이런 구조는 전사(transcription)와 번역(translation)의 조절에 중요한 역할을 합니다.

여러 RNA 유형은 동일한 기본 구조로 되어 있습니다

리보핵산(ribonucleic acid, 줄여서 RNA)에는 전령RNA(messenger RNA, 줄여서 mRNA), 운반RNA(transfer RNA, 줄여서 tRNA), 리보솜 RNA(ribosomal RNA, 줄여서 rRNA), 이렇게 세 가지 주요 유형이 있습니다. 세 가지 RNA 유형은 모두 뉴클레오타이드의 단일 가닥 사슬로 구성됩니다. 각 뉴클레오타이드는 5탄당인 리보스(ribose)로 구성됩니다. 리보스의 탄소 분자는 1에서 5까지 번호가 매겨집니다. 5번 탄소는 인산기(phosphate group)를, 1번 탄소는 질소 염기를 가지고 있습니다.

RNA에는 아데닌(adenine; A), 구아닌(guanine; G), 사이토신(cytosine; 시토신; C), 유라실(uracil; U), 이렇게 네 가지 질소 염기가 있습니다. 유라실은 DNA에 존재하지 않는 유일한 염기이며, DNA는 유라실 대신 타이민(thymine; 티민; T)을 사용합니다. RNA는 전사 시 새로운 RNA 염기의 DNA 염기에 대한 상보적(complementary; 상호보완적)인 결합을 기반으로 DNA 주형(template)을 이용해 합성됩니다. A는 T에 결합하고 G는 C에 결합하며, C는 G에 결합하고 U는 A에 결합합니다.

RNA 조립은 한 방향입니다

DNA와 마찬가지로, RNA의 뉴클레오타이드는 인산다이에스터결합(phosphodiester bond; 포스포다이에스터결합)을 통해 서로 연결되어 있습니다. 이러한 결합은 한 뉴클레오타이드의 리보스에 있는 인산기와 인접한 뉴클레오타이드의 리보스에 있는 수산기(hydroxyl group; –OH) 사이에 형성됩니다.

이 구조는 RNA에 방향성을 부여합니다. 즉, 뉴클레오타이드 사슬의 양쪽 끝이 다릅니다. 리보스의 5번 탄소에는 5’ 말단(5’ end)이라고 불리는 자유 인산기가 있습니다. 사슬의 다른 쪽 끝에 있는 마지막 리보스는 3번 탄소에 자유 수산기를 가지고 있으며, 이쪽 끝은 3’ 말단(3’ end)이라고 부릅니다. 전사 중 뉴클레오타이드가 사슬에 추가될 때, 새로운 뉴클레오타이드의 5’ 인산기는 자라고 있는 사슬의 3’ 수산기와 반응합니다. 따라서 RNA는 항상 5’에서 3’ 방향으로 조립됩니다.

RNA는 2차 구조를 형성할 수 있습니다

2차 구조는 동일한 단일 가닥 RNA에서 서로 멀리 떨어진 뉴클레오타이드들끼리 상보적인 염기쌍(base pair)을 이루며 형성됩니다. 헤어핀 구조(hairpin loop)는 5개에서 10개 뉴클레오타이드 간격 내에 있는 염기끼리 상보적인 염기쌍을 이루며 형성됩니다. 줄기-고리 구조(stem-loop)는 50개에서 수백 개의 뉴클레오타이드 간격으로 떨어진 염기끼리 이루는 염기쌍에 의해 형성됩니다. 이러한 2차 구조는 원핵생물(prokaryote)의 전사 조절자(transcriptional regulator) 역할을 합니다. 예를 들어 헤어핀 구조는 종결(termination; 종료) 신호 역할을 할 수 있습니다. 전사 효소가 이 구조를 만나면 mRNA에서 분리해 전사를 종결합니다. 또한 3’ 또는 5’ 말단의 줄기-고리 또는 헤어핀 구조는 RNA를 분해하는 효소인 리보핵산가수분해효소(ribonuclease)의 결합을 방지함으로써 진핵생물(eukaryote)의 mRNA 안정성을 조절합니다.

2차 구조는 유사매듭(pseudoknot; 슈도노트)으로 불리는 더 복잡한 3차 구조를 형성할 수 있습니다. 유사매듭은 2차 구조의 고리(loop) 영역에 있는 염기가 고리 외부의 상보적인 염기와 상호작용할 때 형성됩니다. 이러한 3차 구조는 RNA 구조와 기능에 중요한 역할을 합니다.

tRNA의 2차 구조와 3차 구조는 단백질 합성을 가능하게 합니다

tRNA는 mRNA를 단백질로 번역하는 동안 어댑터 분자(adaptor molecule; 연결 분자) 역할을 합니다. tRNA의 한쪽 끝으론 아미노산을 운반하고, 다른 쪽 끝으론 특정 아미노산을 암호화하는 세 개의 뉴클레오타이드 서열인 mRNA 코돈(codon)에 결합합니다. tRNA 분자는 보통 70에서 80 뉴클레오타이드의 길이이고 클로버잎과 유사한 줄기-고리 구조로 접힙니다. 4개의 줄기 중 3개는 7-8개의 염기로 된 고리를 가지고 있습니다. 네 번째 줄기엔 고리가 없으며 대신 RNA 가닥의 자유 5’ 말단과 3’ 말단이 있습니다. 3’ 말단은 아미노산 수용체 부위(amino acid acceptor site) 역할을 합니다.

tRNA의 3차원 구조는 L자 모양이며, 한쪽 끝에는 아미노산 결합 부위(amino acid binding site)가, 다른 한쪽 끝에는 안티코돈(anticodon)이 있습니다. 안티코돈은 mRNA 코돈에 상보적인 세 개의 뉴클레오타이드로 된 서열입니다. tRNA의 이 독특한 모양은 단백질 합성이 일어나는 리보솜(ribosome)에 결합할 수 있게 만듭니다.