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21.12:

DNA에서 단백질로

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Chemistry
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From DNA to Protein

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DNA에는 유전자, 뉴클레오티드 서열이 포함되어 있으며 그중 일부는 단백질에서 일련의 아미노산을 코딩하는 명령입니다. DNA에서 RNA로의 단백질의 유전 정보의 흐름은 센트럴 도그마로 알려진 과정입니다. 이 과정의 첫 번째 단계는 RNA 중합효소가 RNA 기반 복제 또는 유전자의 전사체를 합성하는 전사 과정입니다.DNA는 전사체에 추가된 각 새로운 RNA 염기가 DNA의 원래 가닥에 대해 상보적인 주형으로 사용됩니다. 메신저 또는 mRNA라고 불리우는 일부 전사체는 단백질을 코딩하며 코딩되지 않은 전사체는 다른 세포 과정에 참여합니다. 예를 들어 리보솜 rRNA 및 전달 tRNA는 단백질 합성에 참여합니다.다음 단계는 번역과정이며 여기서 mRNA가 해독되어 아미노산 사슬을 합성합니다. 유전자 코드로 알려진 일련의 명령이 mRNA를 읽는 데 사용됩니다. 대부분의 유기체는 특정한 아미노산으로 번역하는 코돈이라고 불리우는 세 개의 뉴클레오티드 그룹으로 구성된 동일한 범용 코드를 사용합니다.64개의 다른 뉴클레오티드 트리플렛이 있지만 코드를 퇴화시키는 단백질에는 20개의 표준 아미노산만 있습니다. 즉 여러 코돈 집합이 동일한 명령을 줄 수 있습니다. 61개의 집합은 아미노산을 암호화하고 3개는 번역의 중지를 알립니다.번역은 rRNA와 단백질의 대형 복합체인 리보솜에서 tRNA의 도움으로 발생합니다. tRNA는 3개의 헤어핀 루프 구조를 가지고 있습니다. 하나의 루프에는 코돈에 대해 상보적 염기를 가지는 안티코돈이라는 서열이 있습니다.이 서열에 해당하는 아미노산은 tRNA의 끝에 부착되어 리보솜으로 전달합니다. 개시인자라고 불리는 단백질은 작은 리보솜 단위, 개시 tRNA 및 mRNA를 결합합니다. 복합체가 조립된 후 리보솜은 번역 시작 위치를 찾기 위해 mRNA를 따라 나갑니다.여기서 개시 tRNA 안티코돈이 상보적 코돈에 결합합니다. 큰 리보솜 단위가 조립체에 결합되여 번역이 시작됩니다. 다음 tRNA가 들어오면 개시제에서 나온 아미노산이 분리되고 인접한 아미노산으로 옮겨져 폴리펩티드 사슬이 성장합니다.아미노산의 추가는 mRNA에서 정지코돈이 검출될 때까지 계속됩니다. 그 다음 리보솜은 사슬을 풀어 기능성 단백질로 접힐 수 있습니다.

21.12:

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 (43)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.