I. tRNA의 구조와 기능
■ tRNA의 기능
- tRNA의 합성: 진핵생물의 경우 RNA polymerase III에 의해 합성 (RNA Pol III : tRNA / 5S rRNA 합성)
- pick up amino acid
- recognize mRNA codon
■ tRNA의 구조
- 클로버 모양의 70-90 nucleotides로 구성
- 모든 tRNA는 3' 말단에 CCA 염기서열을 갖고 있음, 3' 말단에서 아미노산과 결합(공유결합)
- T-loop : TΨC(ribothymine, pseudouridine, cytidine) 염기서열로 구성 tRNA와 리보솜사이 결합기능을 함
- D-loop : Dihydrouridine residuse를 포함, tRNA가 aminoacyl-tRNA synthease에 의해 탐지되도록하는 기능
- 부착부(A): 3'-ACC-5' 영역, 3' 말단에 아미노산과 부착하는 곳
II. 단백질합성 준비 단계
■ Charging (aminoacylation)
- Aminoacyl-tRNA synthetase 가 ATP 한분자를 이용하여 anti-codon loop에 맞는 아미노산을 결합하는 과정
- 올바르지 않은 아미노산이 붙는 경우 결합은 가수분해된다.
■ Pairing (codon - anticodon)
- anti codon loop와 상보적 결합을 이루는 mRNA 서열이 결합되는 과정
- IF2(initiation factor)에 의해 일어남
III. 단백질 합성단계
번역과정은 크게 Initiatinon(개시) → Elongation(신장) → Termination(종결) 세과정으로 이루어진다.
■ 진핵생물과 원핵생물의 rRNA(ribosome RNA)의 구조
- 원핵생물의 rRNA는 50s subunit + 30s subunit = 70s subunit 으로 구성된다
- 30s subunit의 16S RNA가 단백질 번역시 Shine-Dalgarno sequence를 인지하고, 단백질 번역이 시작한다.
- 진핵생물의 rRNA는 60s subunit + 60s subunit = 80s subunit 으로 구성된다
- 진핵생물의 rRNA는 7-methyl Cap 영역을 인지하여, 단백질 번역을 시작한다
■ Initiation(개시)
▶진핵생물의 번역 개시 단계
- Eukaryotic initiation factors (eIFs)가 mRNA의 5' Cap 영역을 인식
- eIFs이 small subunit(40S) rRNA을 tRNA와 결합
- 60S가 결합한 뒤 tRNA가 리보솜 P site게 위치하도록 한후 eIFs는 방출 & GTP 소모
- 리보솜 P site Met-tRNA(메싸이오닌) 위치
▶원핵생물의 번역 개시 단계
- 원핵생물은 30S ribosome이 Shine-Dalgarno sequnce를 인지하여 결합
- 이후 GTP를 소모하여 P site에 tRNA를 장착
- 리보솜 P site F Met-tRNA(fromyl 메싸이오닌) 위치
■ Elongation
1) Aminoacyl-tRNA의 부착
- 다음 mRNA 코돈에 맞는 Aminoacyl-tRNA가 A site에 붙는다
- 시작코돈(AUG) 단백질인 메싸이오닌만 P site에 붙고 나머지 경우 새로운 tRNA는 A site에 붙는다
- 에너지(GTP) 와 Elongation factor(eEF-1)이 사용된다.
2) Peptide bond 의 형성
- Peptidyl transferase의 작용으로 아미노산끼리의 peptide bond가 형성
- 선행하는 아미노산의 카복실기(COO-)와 후행하는 아미노산의 아미노기(H2N+) 사이 탈수축합 반응
- Peptide는 강한 결합으로 아미노산의 Primary structure (일차구조)를 구성한다.
- Peptidyl transferase는 Ribozyme으로 일종의 RNA 이다.
3) Transloaction
- 아미노산끼리 결합이 완료된 이후 A site의 아미노산은 P site로 이동하는 과정
- 기존에 P site에 있던 선행 tRNA는 제거 됨.
- 에너지(GTP)와 eEF-2(진핵세포)가 이용된다.
■ Termination
- Eukaryotic release factors(eRFs)가 A site에 도착한 정지코돈을 인식하고 단백질 번역을 중단하는 것
- GTP가 사용되고, 완성된 polypeptide는 리보솜에서 방출된다.
- 이후 ER 과 Golgi를 거쳐 단백질은 보완된다.
III. 단백질 번역과정의 임상적 응용 | Clinical Applications of Protein Translation
■ 30S ribosome 억제 항생제
1) Aminoglycoside
- 원핵생물에서 30S 리보솜이 Shine-Dalgarno sequence를 인식하는 것을 방해함
- 단백질 번역중 개시단계(initation)을 억제함
- Ex. streptomycin, neomycin / 주요 부작용 : 이독성, 신독성
2) Tetracyclin
- 원핵생물의 30S 리보솜 A site에 tRNA가 결합하는 것을 억제함
- 단백질 번역단계중 신장단계(elongation)를 억제
- 소아에서 사용불가함
■ 50S ribosome 억제 항생제
1) Macrolide
- 50S 리보솜에 붙어 단백질 번역단계중 신장단계(elongation)를 억제함
- Ex. Erythromyin / 부작용 : QT prolongation
2) Chlorampenicol
- 50S 리보솜에 작용하여 아미노산끼리 peptide bond를 형성하는 것을 억제함
- 많은 부작용으로 최근 잘 사용되지 않는 항생제
- 부작용 : Aplastic anemia, gray baby syndrome (신생아 _ 혈압 저하, 호흡 부전, 청색증)
■ eEF-2(Elongation factor)억제 박테리아독소
- Diphtheria, Pseudomonas 독소
- eEF-2를 ADP-ribosylation을 통해 억제 → 단백질합성을 방해함
cf) Vibriocholera, ETEC, Bordertella Toxin : ADP-ribosylation을 통해 G protein의 GTP 해리를 억제 → cAMP 증가 → 세포 염분 및 수분 배출 증가 → 설사
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