단백질 합성 : 단계 및 특성 - 생물학 - 2025

단백질 합성이 발생하는 생물학적 이벤트 에 거의 모든 살아있는 존재. 세포는 DNA에 저장된 정보를 지속적으로 가져오고 고도로 복잡한 특수 기계의 존재 덕분에이를 단백질 분자로 변환합니다.

그러나 DNA로 암호화 된 4 문자 코드는 단백질로 직접 번역되지 않습니다. 메신저 RNA라고하는 중간 역할을하는 RNA 분자가이 과정에 관여합니다.

단백질 합성.
출처 : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

세포가 특정 단백질을 필요로 할 때 DNA의 적절한 부분의 뉴클레오티드 서열이 전사라고하는 과정에서 RNA로 복사되고, 이것은 차례로 문제의 단백질로 번역됩니다.

설명 된 정보 흐름 (DNA에서 메신저 RNA로, 메시지 RNA에서 단백질로)은 박테리아와 같은 매우 단순한 존재에서 인간으로 발생합니다. 이 일련의 단계를 생물학의 핵심 "교리"라고합니다.

단백질 합성을 담당하는 기계는 리보솜입니다. 이러한 작은 세포 구조는 세포질에서 대부분 발견되며 소포체에 고정되어 있습니다.

단백질이란?

단백질은 아미노산으로 구성된 거대 분자입니다. 이들은 전체 탈수 된 세포의 원형질의 거의 80 %를 구성합니다. 유기체를 구성하는 모든 단백질을 "프로테옴"이라고합니다.

그 기능은 구조적 역할 (콜라겐)에서 수송 (헤모글로빈), 생화학 반응 촉매 (효소), 병원체 (항체)에 대한 방어 등 다양하고 다양합니다.

단백질을 형성하기 위해 펩티드 결합에 의해 결합되는 20 가지 유형의 천연 아미노산이 있습니다. 각 아미노산은 특정 화학적 및 물리적 특성을 부여하는 특정 그룹을 갖는 것이 특징입니다.

단계 및 특성

세포가 DNA 메시지를 해석하는 방식은 전사와 번역이라는 두 가지 기본 이벤트를 통해 발생합니다. 동일한 유전자에서 복사 된 많은 RNA 사본은 상당수의 동일한 단백질 분자를 합성 할 수 있습니다.

각 유전자는 다르게 전사되고 번역되어 세포가 다양한 양의 다양한 단백질을 생산할 수 있습니다. 이 과정은 일반적으로 RNA 생산의 제어를 포함하는 다양한 세포 조절 경로를 포함합니다.

단백질 생산을 시작하기 위해 세포가해야 할 첫 번째 단계는 DNA 분자에 쓰여진 메시지를 읽는 것입니다. 이 분자는 보편적이며 유기체의 건설과 발달에 필요한 모든 정보를 담고 있습니다.

다음으로 우리는 단백질 합성이 어떻게 일어나는지 설명 할 것입니다. 유전 물질을 "읽는"과정을 시작하고 단백질 자체의 생산으로 끝납니다.

전사 : DNA에서 메신저 RNA로

DNA 이중 나선의 메시지는 염기 아데닌 (A), 구아닌 (G), 시토신 (C) 및 티민 (T)에 해당하는 4 자 코드로 작성됩니다.

이 DNA 문자 시퀀스는 동등한 RNA 분자를 만드는 주형 역할을합니다.

DNA와 RNA는 모두 뉴클레오티드로 구성된 선형 폴리머입니다. 그러나 두 가지 근본적인 측면에서 화학적으로 다릅니다. RNA의 뉴클레오타이드는 리보 뉴클레오타이드이고 염기 티민 대신 RNA에는 아데닌과 쌍을 이루는 우라실 (U)이 있습니다.

전사 과정은 특정 영역에서 이중 나선이 열리는 것으로 시작됩니다. 두 사슬 중 하나는 RNA 합성을위한 "주형"또는 주형 역할을합니다. 뉴클레오티드는 기본 페어링 규칙 (C와 G, A와 U)에 따라 추가됩니다.

전사에 관여하는 주요 효소는 RNA 중합 효소입니다. 그것은 사슬의 뉴클레오티드를 연결하는 포스 포디 에스테르 결합의 형성을 촉매하는 역할을합니다. 체인은 5 '에서 3'방향으로 연장됩니다.

분자의 성장은 공정이 끝날 때까지 중합 효소의 결합을 유지하는 역할을하는 "신장 인자"로 알려진 여러 단백질을 포함합니다.

메신저 RNA 접합

출처 : BCSteve, 출처 : Wikimedia Commons 진핵 생물에서 유전자는 특정 구조를 가지고 있습니다. 이 시퀀스는 인트론이라고하는 단백질의 일부가 아닌 요소에 의해 중단됩니다. 이 용어는 단백질로 번역 될 유전자 부분을 포함하는 엑손과 반대입니다.

스 플라이 싱은 메신저 분자의 인트론을 제거하여 엑손으로 만 만든 분자를 제거하는 기본적인 이벤트입니다. 최종 제품은 성숙한 메신저 RNA입니다. 물리적으로 복잡하고 역동적 인 기계 인 스플 라이스 오솜에서 발생합니다.

스 플라이 싱 외에도 메신저 RNA는 번역되기 전에 추가 인코딩을 거칩니다. 화학적 성질이 변형 된 구아닌 뉴클레오타이드 인 "후드"가 추가되고, 5 '말단에 다른 말단에 여러 아데닌의 꼬리가 있습니다.

RNA 유형

세포에서는 다양한 종류의 RNA가 생성됩니다. 세포의 일부 유전자는 메신저 RNA 분자를 생성하며 이것은 나중에 살펴 보 겠지만 단백질로 번역됩니다. 그러나 최종 생성물이 RNA 분자 자체 인 유전자가 있습니다.

예를 들어, 효모 게놈에서 효모 유전자의 약 10 %는 최종 생성물로 RNA 분자를 가지고 있습니다. 이들 분자는 단백질 합성에있어 근본적인 역할을하기 때문에 언급하는 것이 중요합니다.

-리보솜 RNA : 리보솜 RNA는 단백질 합성을위한 핵심 구조 인 리보솜의 심장부입니다.

출처 : Jane Richardson (Dcrjsr), Wikimedia Commons에서 리보솜 RNA의 처리와 그에 따른 리보솜으로의 조립은 핵의 매우 눈에 띄는 구조에서 발생합니다.

-Transfer RNA : 특정 아미노산을 선택하고 리보솜과 함께 아미노산 잔기를 단백질에 통합하는 어댑터 역할을합니다. 각 아미노산은 전달 RNA 분자와 관련이 있습니다.

진핵 생물에는 구조적으로 매우 유사하지만 서로 다른 역할을하는 3 가지 유형의 중합 효소가 있습니다.

RNA 중합 효소 I 및 III는 전달 RNA, 리보솜 RNA 및 일부 작은 RNA를 코딩하는 유전자를 전사합니다. RNA 중합 효소 II는 단백질을 암호화하는 유전자의 번역을 목표로합니다.

-조절과 관련된 작은 RNA : 다른 짧은 길이의 RNA가 유전자 발현 조절에 참여합니다. 여기에는 microRNA와 작은 간섭 RNA가 포함됩니다.

MicroRNA는 특정 메시지를 차단하여 발현을 조절하고, 작은 간섭은 메신저의 직접적인 분해를 통해 발현을 차단합니다. 마찬가지로 메신저 RNA의 스 플라이 싱 과정에 참여하는 작은 핵 RNA가 있습니다.

번역 : 메신저 RNA에서 단백질로

메신저 RNA가 스 플라이 싱 과정을 통해 성숙하고 핵에서 세포질로 이동하면 단백질 합성이 시작됩니다. 이 수출은 세포질과 핵질을 직접 연결하는 핵 막에 위치한 일련의 수성 채널 인 핵 기공 복합체에 의해 매개됩니다.

일상 생활에서 "번역"이라는 용어는 한 언어에서 다른 언어로 단어를 변환하는 것을 의미합니다.

예를 들어 책을 영어에서 스페인어로 번역 할 수 있습니다. 분자 수준에서 번역에는 언어에서 RNA, 단백질로의 변화가 포함됩니다. 더 정확하게 말하면 뉴클레오티드에서 아미노산으로의 변화입니다. 그러나이 방언 변경은 어떻게 발생합니까?

유전 암호

유전자의 뉴클레오티드 서열은 유전자 코드에 의해 설정된 규칙에 따라 단백질로 변환 될 수 있습니다. 이것은 1960 년대 초에 해독되었습니다.

독자가 추론 할 수 있기 때문에 번역은 뉴클레오티드 4 개와 아미노산 20 개만 있기 때문에 하나 또는 하나가 될 수 없습니다. 논리는 다음과 같습니다. 세 개의 뉴클레오티드의 결합은 "트리플릿"으로 알려져 있으며 특정 아미노산과 연관되어 있습니다.

64 개의 가능한 트리플렛 (4 x 4 x 4 = 64)이있을 수 있으므로 유전 코드는 중복됩니다. 즉, 동일한 아미노산이 하나 이상의 삼중 항에 의해 암호화됩니다.

유전 암호의 존재는 보편적이며 오늘날 지구에 서식하는 모든 생명체가 사용합니다. 이 방대한 용도는 자연에서 가장 눈에 띄는 분자 상 동성 중 하나입니다.

RNA를 전달하기위한 아미노산의 결합

메신저 RNA 분자에서 발견되는 코돈 또는 삼중 체는 아미노산을 직접 인식하는 능력이 없습니다. 반대로 메신저 RNA의 번역은 코돈과 아미노산을 인식하고 결합 할 수있는 분자에 의존합니다. 이 분자는 전달 RNA입니다.

전사 RNA는 클로버와 유사한 복잡한 3 차원 구조로 접힐 수 있습니다. 이 분자에는 메신저 RNA 사슬의 연속적인 상보 적 뉴클레오티드와 쌍을 이루는 3 개의 연속 뉴클레오티드에 의해 형성된 "항 코돈"이라는 영역이 있습니다.

이전 섹션에서 언급했듯이 유전 코드는 중복되므로 일부 아미노산에는 하나 이상의 전달 RNA가 있습니다.

정확한 아미노산의 검출 및 전달 RNA에 대한 융합은 aminoacyl-tRNA synthetase라고하는 효소에 의해 매개되는 과정입니다. 이 효소는 공유 결합을 통해 두 분자를 결합하는 역할을합니다.

RNA 메시지는 리보솜에 의해 해독됩니다.

단백질을 형성하기 위해 아미노산은 펩티드 결합을 통해 서로 연결됩니다. 메신저 RNA를 읽고 특정 아미노산에 결합하는 과정은 리보솜에서 발생합니다.

리보솜

리보솜은 50 개 이상의 단백질 분자와 다양한 유형의 리보솜 RNA로 구성된 촉매 복합체입니다. 진핵 생물에서 평균 세포는 세포질 환경에서 평균 수백만 개의 리보솜을 포함합니다.

구조적으로 리보솜은 크고 작은 하위 단위로 구성됩니다. 작은 부분의 역할은 전달 RNA가 메신저 RNA와 올바르게 짝을 이루도록하는 것이며, 큰 서브 유닛은 아미노산 사이의 펩티드 결합 형성을 촉매합니다.

합성 과정이 활성화되지 않으면 리보솜을 구성하는 두 개의 하위 단위가 분리됩니다. 합성이 시작될 때 메신저 RNA는 일반적으로 5 '끝 근처에있는 두 서브 유닛에 연결됩니다.

이 과정에서 폴리펩티드 사슬의 연장은 전달 RNA의 결합, 펩티드 결합의 형성, 서브 유닛의 전위와 같은 단계에서 새로운 아미노산 잔기의 추가에 의해 발생합니다. 이 마지막 단계의 결과는 전체 리보솜의 움직임이며 새로운주기가 시작됩니다.

폴리펩티드 사슬의 연장

리보솜에서는 사이트 E, P 및 A의 세 사이트가 구별됩니다 (메인 이미지 참조). 신장 과정은 일부 아미노산이 이미 공유 결합되어 있고 P 부위에 전달 RNA 분자가있을 때 시작됩니다.

편입 될 다음 아미노산을 갖는 전달 RNA는 메신저 RNA와 염기 쌍을 이루어 A 부위에 결합한다. 펩타이드의 카르 복실-말단 부분은 전달 RNA와 그것이 운반하는 아미노산 사이의 고 에너지 결합을 끊음으로써 P 부위의 전달 RNA로부터 방출됩니다.

유리 아미노산이 사슬에 부착되고 새로운 펩티드 결합이 형성됩니다. 이 전체 과정의 중심 반응은 리보솜의 큰 소단위에서 발견되는 효소 peptidyl transferase에 의해 매개됩니다. 따라서 리보솜은 메신저 RNA를 통해 이동하여 방언을 아미노산에서 단백질로 번역합니다.

전사에서와 마찬가지로 신장 인자도 단백질 번역 중에 관여합니다. 이러한 요소는 프로세스의 속도와 효율성을 증가시킵니다.

번역 완료

리보솜이 중지 코돈 인 UAA, UAG 또는 UGA를 만나면 번역 프로세스가 종료됩니다. 이들은 전달 RNA에 의해 인식되지 않으며 어떤 아미노산에도 결합하지 않습니다.

이때 방출 인자로 알려진 단백질은 리보솜에 결합하여 아미노산이 아닌 물 분자의 촉매 작용을 일으 킵니다. 이 반응은 말단 카르 복실 말단을 방출합니다. 마지막으로, 펩티드 사슬은 세포질로 방출됩니다.

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