유전 부호
본문낫 모양 적혈구 빈혈증은 헤모글로빈 유전자의 염기 하나가 바뀌어 생긴다. 염기 수천 개 가운데 단 하나가 바뀌었을 뿐인데 적혈구가 낫처럼 휘어 혈관을 막는다. 그런데 어떤 경우에는 염기가 바뀌어도 단백질이 전혀 달라지지 않는다. 염기 하나의 변화가 어떤 때는 아무 일도 일으키지 않고, 어떤 때는 단백질을 완전히 망가뜨리는 까닭은 무엇일까?
2.2.1유전 부호의 특징
염기는 4가지, 아미노산은 20가지이다. 염기 하나가 아미노산 하나를 정한다면 4가지밖에 지정할 수 없고, 둘이면 \(4^2 = 16\)가지로 모자란다. 셋이면 \(4^3 = 64\)가지로 충분하다. 그래서 유전 부호는 3염기 단위의 코돈이며, 이는 1961년 크릭과 브레너의 실험으로 확인되었다. 64가지 코돈 가운데 61개는 아미노산을, 3개는 종결을 지정한다.
코돈은 겹치지 않고 개시 코돈부터 3염기씩 차례로 읽힌다. 한 아미노산을 여러 코돈이 지정하기도 한다(중복성). 그리고 거의 모든 생물이 같은 유전 부호를 쓴다(보편성).
중복성 때문에 코돈의 세 번째 염기가 바뀌어도 같은 아미노산이 나오는 일이 많다. 예를 들어 GCU, GCC, GCA, GCG는 모두 알라닌이다. 보편성 덕분에 사람의 인슐린 유전자를 대장균에 넣어도 대장균이 사람과 같은 인슐린을 만든다.
2.2.2점 돌연변이의 종류
그림 1에서 돌연변이를 바꾸어 보자. 염기 하나가 바뀌어도 같은 아미노산을 지정하면 침묵 돌연변이로, 단백질은 그대로이다. 다른 아미노산을 지정하면 과오 돌연변이이다. 낫 모양 적혈구 빈혈증은 GAG(글루탐산)가 GUG(발린)로 바뀐 과오 돌연변이이다. 종결 코돈으로 바뀌면 넌센스 돌연변이로, 단백질이 중간에서 끊긴다. 그리고 염기 하나가 끼어들거나 빠지면 그 뒤의 읽기 틀이 모두 밀려 아미노산이 전부 바뀐다. 이를 틀 이동 돌연변이라 한다.1
2.2.3예제 풀이
mRNA 5′−AUG GCU UGG GAA AAG UAA−3′에서 (가) 6번째 염기 U가 C로, (나) 9번째 염기 G가 A로 바뀌었다. 각각 어떤 돌연변이이며, 폴리펩타이드는 어떻게 되는가? (GCU, GCC Ala, UGG Trp, UGA 종결, GAA Glu, AAG Lys)
원래 폴리펩타이드는 Met−Ala−Trp−Glu−Lys이다. (가)는 GCU가 GCC로 바뀌는데 둘 다 알라닌이므로 침묵 돌연변이이고, 폴리펩타이드는 그대로이다.
(나)는 UGG(Trp)가 UGA(종결)로 바뀌므로 넌센스 돌연변이이다. 폴리펩타이드는 Met−Ala에서 끊겨 아미노산 5개가 2개로 줄어든다. 즉 같은 '염기 하나의 치환'이라도 침묵 돌연변이는 아무 영향이 없고, 넌센스 돌연변이는 단백질의 대부분을 잃게 만든다. 그래서 유전자 검사에서는 바뀐 염기의 위치뿐 아니라 그것이 어떤 코돈을 바꾸는지를 함께 따진다.
아래 탐구 카드에서 유전 암호표 읽는 법을 익히고, 염기 하나가 바뀔 때 단백질이 얼마나 달라지는지 직접 확인해 보자.
- 염기 3개가 한꺼번에 끼어들거나 빠지면 읽기 틀은 유지되고 아미노산 하나만 더해지거나 빠진다. 낭성 섬유증의 가장 흔한 원인이 이런 3염기 결실이다.
유전 부호는 3염기 코돈으로, 64가지 가운데 61개가 아미노산을, 3개가 종결을 지정하며, 중복성과 보편성을 가진다. 점 돌연변이는 그 결과에 따라 침묵, 과오, 넌센스, 틀 이동 돌연변이로 나뉜다. 그래서 처음 질문의 염기 하나의 변화는 같은 아미노산을 지정하면 아무 영향이 없고, 종결 코돈을 만들거나 읽기 틀을 밀면 단백질을 크게 망가뜨린다.