DNA 번역 : 진핵 생물과 원핵 생물의 과정 - 생물학 - 2025

DNA 의 번역은 전사 (RNA로 DNA 서열의 정보 복사) 동안 생성 된 메신저 RNA에 포함 된 정보가 단백질 합성에 의해 아미노산 서열에서 "번역"되는 과정입니다.

세포 관점에서 유전자 발현은 전사와 번역이라는 두 단계로 발생하는 비교적 복잡한 일입니다.

리보솜에 의해 매개되는 RNA 번역 (출처 : LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

발현되는 모든 유전자 (펩티드 서열, 즉 단백질을 코딩하는지 여부에 관계없이)는 초기에 DNA 서열에 포함 된 정보를 메신저 RNA (mRNA) 분자로 전달하는 과정을 통해이를 수행합니다. 전사.

전사는 RNA 중합 효소로 알려진 특수 효소에 의해 달성됩니다.이 효소는 유전자 DNA의 상보 적 가닥 중 하나를 "pre-mRNA"분자 합성을위한 주형으로 사용하며, 이후 처리되어 성숙한 mRNA를 형성합니다.

단백질을 코딩하는 유전자의 경우 성숙한 mRNA에 포함 된 정보를 "읽고"유전 코드에 따라 아미노산으로 번역합니다. 이는 특정 아미노산에 해당하는 코돈 또는 뉴클레오티드 삼중 항을 지정합니다.

따라서 단백질의 아미노산 서열의 사양은 유전자에 해당하는 DNA의 질소 염기의 초기 서열과 핵에서 세포질로이 정보를 전달하는 mRNA (진핵 세포에서)에 따라 달라집니다. mRNA 유도 단백질 합성으로도 정의되는 과정.

DNA와 RNA를 구성하는 4 개의 질소 염기와 20 개의 아미노산으로 구성된 64 개의 가능한 조합이 있다는 점을 감안할 때, 아미노산은 서로 다른 삼중 체 (코돈)에 의해 암호화 될 수 있습니다. 이것이 유전 코드가 "퇴화"되는 이유입니다. (고유 한 AUG 코돈에 의해 암호화되는 아미노산 메티오닌 제외).

진핵 생물 번역 (단계 과정)

동물 진핵 세포와 그 부분의 다이어그램 (출처 : Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

진핵 세포에서 전사는 핵에서 일어나고 세포질에서 번역되기 때문에 첫 번째 과정에서 형성된 mRNA는 핵에서 세포가 발견되는 세포질로 정보를 전달하는 역할을합니다. 생합성 기계 (리보솜).

진핵 생물에서 전사 및 번역의 구획화는 핵에 대해 사실이지만 원핵 생물과 더 유사한 시스템을 가진 엽록체 및 미토콘드리아와 같은 자체 게놈을 가진 세포 기관의 경우 동일하지 않다는 점을 언급하는 것이 중요합니다.

진핵 세포는 또한 소포체 (거친 소포체)의 막에 부착 된 세포질 리보솜을 가지고 있으며, 여기서 세포막으로 삽입 될 예정이거나 상기 구획에서 발생하는 번역 후 처리가 필요한 단백질의 번역이 발생합니다. .

-번역 전 mRNA 처리

mRNA는 전사 될 때 끝에서 변형됩니다.

-전사 과정에서 mRNA의 5 '말단이 RNA 중합 효소 II의 표면에서 나올 때, 7- 메틸 구 아닐 레이트로 구성된 "후드"를 합성하고 뉴클레오티드에 연결된 효소 그룹에 의해 즉시 "공격"됩니다. 5 ', 5'트리 포스페이트 연결을 통한 mRNA의 말단.

-mRNA의 3 '말단은 엔도 뉴 클레아 제에 의해 "절단"되어 아데닌 잔기의 "끈"또는 "꼬리"(100에서 250)가 부착 된 3'자유 하이드 록 실기를 생성합니다. 폴리 (A) 중합 효소에 의해 한 번에 하나씩.

"5 '후드"및 "폴리 A 테일"은 분해로부터 mRNA 분자를 보호하는 기능을 수행하고, 또한 성숙한 전 사체를 세포질로 수송하는 기능과 그 시작 및 종료 기능을 수행합니다. 번역.

C orth 및 접합

전사 후, 여전히 핵에 존재하는 2 개의 변형 된 말단을 갖는 "1 차"mRNA는 "스 플라이 싱"과정을 거쳐 인트론 서열이 일반적으로 제거되고 생성 된 엑손이 결합된다 (전사 후 처리). , 핵을 떠나 세포질에 도달하는 성숙한 전사 체가 얻어집니다.

스 플라이 싱은 5 개의 작은 리보 핵 단백질과 RNA 분자로 구성된 스 플라 세오 솜 (spliceosome anglicism)이라고하는 리보 단백질 복합체에 의해 수행되며, 이는 1 차 전 사체에서 제거 될 영역을 "인식"할 수 있습니다.

많은 진핵 생물에서 "대체 스 플라이 싱 (alternative splicing)"으로 알려진 현상이 발생하는데, 이는 다른 유형의 전사 후 변형이 서열의 일부 측면에서 서로 다른 상이한 단백질 또는 동종 효소를 생성 할 수 있음을 의미합니다.

-리보솜

성숙한 전사 체가 핵을 떠나 세포질에서 번역을 위해 운반되면 RNA 분자와 관련된 단백질 복합체로 구성된 리보솜으로 알려진 번역 복합체에 의해 처리됩니다.

리보솜은 "큰"하나와 "작은"하나의 두 개의 하위 단위로 구성되며, 이는 세포질에서 자유롭게 해리되고 번역되는 mRNA 분자에 결합하거나 결합합니다.

리보솜과 mRNA 사이의 결합은 리보솜 단백질 (리보솜 RNA 또는 rRNA 및 전달 RNA 또는 tRNA)과 결합하는 특수 RNA 분자에 따라 달라지며, 각각은 특정 기능을 가지고 있습니다.

TRNA는 분자 "어댑터"입니다. 한쪽 끝을 통해 성숙한 mRNA의 각 코돈 또는 삼중 선을 "읽을"수 있고 (염기 상보성에 의해) 다른 끝을 통해 "읽기"코돈에 의해 암호화 된 아미노산에 결합 할 수 있기 때문입니다.

반면 rRNA 분자는 초기 펩티드 사슬에서 각 아미노산의 결합 과정을 가속화 (촉매)하는 역할을합니다.

성숙한 진핵 mRNA는 세포가 나타내는만큼 많은 리보솜에 의해 "판독"될 수 있습니다. 즉, 동일한 mRNA가 동일한 단백질의 많은 사본을 생성 할 수 있습니다.

코돈 시작 및 프레임 읽기

성숙한 mRNA가 리보솜 서브 유닛에 의해 접근 될 때, 리보 단백 복합체는 항상 AUG이고 메티오닌 잔기의 도입을 포함하는 시작 코돈을 찾을 때까지 상기 분자의 서열을 "스캔"합니다.

AUG 코돈은 각 유전자에 대한 판독 프레임을 정의하고 또한 자연에서 번역 된 모든 단백질의 첫 번째 아미노산을 정의합니다 (이 아미노산은 번역 후 여러 번 제거됨).

코돈 중지

번역 종료를 유도하는 코돈은 UAA, UAG 및 UGA의 세 가지 다른 코돈으로 확인되었습니다.

아미노산을 코딩하는 삼중 항에서 질소 염기의 변화를 포함하고 중지 코돈을 생성하는 돌연변이는 합성 과정의 조기 중지를 유발하여 더 짧은 단백질을 형성하기 때문에 넌센스 돌연변이로 알려져 있습니다.

번역되지 않은 지역

성숙한 mRNA 분자의 5 '말단 근처에는 첫 번째 뉴클레오티드와 번역 시작 코돈 사이에 위치하는 "리더"서열이라고도하는 번역되지 않은 영역 (UTR)이 있습니다. 8 월).

이러한 비 번역 UTR 영역은 리보솜과의 결합을위한 특이 적 부위를 가지고 있으며, 예를 들어 인간에서는 길이가 약 170 개 뉴클레오티드이며, 그중에는 조절 영역, 단백질 결합 부위가 있습니다. 번역 등

-번역 시작

번역과 전사는 개시 단계, 신장 단계, 마지막으로 종료 단계의 3 단계로 구성됩니다.

개시

이는 mRNA에 대한 번역 복합체의 어셈블리로 구성되며, 이는 개시 인자 (IF) IF1, IF2 및 IF3으로 알려진 세 가지 단백질을 리보솜의 작은 서브 유닛에 결합하는 장점이 있습니다.

개시 인자와 작은 리보솜 서브 유닛에 의해 형성된 "사전 개시"복합체는 차례로 메티오닌 잔기를 "전달"하는 tRNA와 결합하고이 분자 세트는 개시 코돈 근처의 mRNA에 결합한다. 8 월.

이러한 이벤트는 mRNA가 큰 리보솜 서브 유닛에 결합하여 개시 인자의 방출을 유도합니다. 큰 리보솜 서브 유닛은 tRNA 분자에 대한 3 개의 결합 부위를 가지고 있습니다 : A 부위 (아미노산), ​​P 부위 (폴리펩티드), E 부위 (출구).

부위 A는 번역되는 mRNA에 상보적인 아미노 아실 -tRNA의 안티코돈에 결합합니다. P 부위는 아미노산이 tRNA에서 초기 펩타이드로 전달되는 곳이고 E 부위는 아미노산이 전달 된 후 세포질로 방출되기 전에 "빈"tRNA에서 발견되는 곳입니다.

번역 시작 및 연장 단계의 그래픽 표현 (출처 : Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), Wikimedia Commons를 통한)

연장

이 단계는 mRNA 분자를 따른 리보솜의 "이동"과 "읽는"각 코돈의 번역으로 구성되며, 이는 출생시 폴리펩티드 사슬의 성장 또는 연장을 의미합니다.

이 과정에는 신장 인자 G로 알려진 인자와 GTP 형태의 에너지가 필요하며, 이는 번역 될 때 mRNA 분자를 따라 신장 인자의 전위를 유도하는 것입니다.

리보솜 RNA의 펩 티딜 전이 효소 활성은 사슬에 추가되는 연속적인 아미노산 사이에 펩티드 결합의 형성을 허용합니다.

종료

번역은 tRNA가 이러한 코돈을 인식하지 못하기 때문에 리보솜이 종료 코돈 중 하나를 만나면 종료됩니다 (아미노산을 인코딩하지 않음). 방출 인자로 알려진 단백질도 결합하여 리보솜에서 mRNA의 분리와 하위 단위의 해리를 촉진합니다.

원핵 생물 번역 (단계-과정)

진핵 세포에서와 같이 원핵 생물에서 단백질 합성을 담당하는 리보솜은 세포질에서 발견되며 (전사 기계에도 해당됨), 이는 단백질의 세포질 농도를 빠르게 증가시킬 수 있습니다. 그것을 암호화하는 유전자의 발현이 증가 할 때.

이러한 유기체에서 극히 일반적인 과정은 아니지만 전사 중에 생성 된 1 차 mRNA는 "스 플라이 싱"을 통해 전사 후 성숙을 겪을 수 있습니다. 그러나 가장 일반적인 것은 1 차 전 사체에 부착 된 리보솜이 해당 DNA 서열에서 전사되는 동시에이를 번역하는 것을 관찰하는 것입니다.

위의 관점에서 볼 때, 많은 원핵 생물의 번역은 mRNA의 3 '끝이 주형 DNA에 부착 된 상태로 남아 있기 때문에 (전사와 동시에 발생) 5'끝에서 시작됩니다.

번역되지 않은 지역

원핵 세포는 또한 "Shine-Dalgarno box"로 알려진 번역되지 않은 영역을 가진 mRNA를 생산하며 그 공통 서열은 AGGAGG입니다. 분명한 바와 같이, 박테리아의 UTR 영역은 번역 중에 유사한 기능을 발휘하지만 진핵 세포의 영역보다 상당히 짧습니다.

방법

박테리아와 다른 원핵 생물에서 번역 과정은 진핵 세포와 매우 유사합니다. 또한 진핵 생물이 사용하는 것과 다른 특정 원핵 생물 요인에 따라 달라지는 개시, 신장 및 종료의 세 단계로 구성됩니다.

예를 들어 신장은 진핵 생물의 G 인자보다는 EF-Tu 및 EF-T와 같은 알려진 신장 인자에 따라 달라집니다.

참고 문헌

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