전사와 번역

DNA는 핵 속에 있고, 단백질은 핵 밖 세포질의 리보솜에서 만들어진다. DNA는 핵을 떠나지 않는데 그 정보가 어떻게 리보솜까지 전해질까? 그리고 염기 네 가지로 쓰인 정보가 어떻게 아미노산 스무 가지로 된 단백질로 바뀔까? 아미노산 300개짜리 단백질 하나를 만드는 데 정보는 몇 글자가 필요하고 시간은 얼마나 걸릴까?

단백질의 아미노산 수

2.1.1전사

DNA의 유전 정보를 RNA로 옮겨 적는 과정을 전사라 한다. RNA 중합 효소가 유전자의 시작 부분(프로모터)에 붙어 DNA 두 가닥을 조금 풀고, 한 가닥(주형 가닥)에 상보적인 RNA를 만든다. 이때 DNA의 A에는 U, T에는 A, G에는 C, C에는 G가 짝지어진다. 진핵세포에서는 만들어진 RNA가 가공을 거쳐 mRNA가 되어 핵공을 지나 세포질로 나간다. 한 유전자에서 mRNA가 여러 번 전사되므로, DNA 한 벌로 같은 단백질을 많이 만들 수 있다.

2.1.2번역

mRNA의 정보에 따라 아미노산을 이어 단백질을 만드는 과정을 번역이라 한다. 리보솜이 mRNA의 개시 코돈 AUG에 자리를 잡으면, 코돈에 상보적인 안티코돈을 가진 tRNA가 알맞은 아미노산을 싣고 온다. 리보솜은 아미노산을 펩타이드 결합으로 이은 뒤 다음 코돈으로 옮겨 가고, 종결 코돈(UAA, UAG, UGA)에 이르면 폴리펩타이드를 떼어 놓는다.

그림 1에서 아미노산 수를 바꾸어 보자. 300개짜리 단백질이면 mRNA의 암호 부분은 \(3 \times 301 = 903\)개 염기이고, 리보솜 하나가 약 20초에 번역한다. 한 mRNA에는 리보솜 여러 개가 줄지어 붙어 동시에 번역하므로, 같은 시간에 단백질이 여러 개 만들어진다.¹

2.1.3예제 풀이

주형 가닥의 각 염기에 상보적인 염기를 붙이면 mRNA는 5′−AUG CCA GAU UGA−3′이다. T 대신 U를 쓴다는 점에 주의한다.

코돈을 차례로 읽으면 AUG는 Met, CCA는 Pro, GAU는 Asp, UGA는 종결이다. 따라서 폴리펩타이드는 Met−Pro−Asp로 아미노산 3개이다. 종결 코돈은 아미노산을 지정하지 않으므로 코돈이 4개여도 아미노산은 3개이다. 즉 DNA 염기 서열만 알면 단백질의 아미노산 서열을 그대로 읽어 낼 수 있다. 거꾸로 아미노산 서열에서 DNA 서열을 정확히 알아낼 수는 없는데, 한 아미노산을 여러 코돈이 지정하기 때문이다.

아래 탐구 카드에서 DNA의 정보가 핵을 떠나 단백질이 되는 과정을 단계별로 따라가 보자.

1. 원핵세포에는 핵막이 없어 전사가 끝나기도 전에 리보솜이 mRNA에 붙어 번역을 시작한다. 진핵세포는 핵막이 있어 전사와 번역이 장소와 시간이 나뉘어 일어난다.