|
분자생물학·
생화학 Molecular Biology · Biochemistry |
|||||||
|
{{{#!wiki style="word-break: keep-all; margin:0 -10px -5px" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" |
<colbgcolor=#717845> 기반 | 생물물리학 · 물리화학 ( 둘러보기) · 분자화학 ( 유기화학 · 무기화학 · 고분자화학) · 수학 ( 미분방정식 · 이산수학 · 매듭이론) | |||||
| 기본 물질 | 아미노산 ( 카복실산) · 리간드 | ||||||
| 유전체 | 유전체 기본 구조 | 아데닌 · 타이민 · 구아닌 · 사이토신 · 유라실 · 리보스 · 디옥시리보스 · 뉴클레오타이드 ( 핵산) | |||||
| 유전체 혼합 구성 | 인트론 · 엑손 · 오페론 · 프로모터 | ||||||
| 유전체 세부 종류 | RNA | MRNA · TRNA · RRNA( 리보솜) · 리보자임 · miRNA · siRNA · RDDM | |||||
| DNA | A형 구조 · B형 구조 · Z형 구조 · Alu · 게놈 · 텔로미어 · 유전자 · 유전자 목록 | ||||||
| 관련 물질 | 효소 | 보조인자 · 조효소 ( NADH · NADPH · FAD) · 뉴클레이스 · 디하이드록실레이스 · 레닌 · 루비스코 · 루시페레이스 · 라이소자임 · 라이페이스 · 말테이스 · 셀룰레이스 · 아데닐산고리화효소 · 아밀레이스( 디아스타아제) · 역전사효소 · 트립신 · 펩신 · 유전체 중합 효소 · 리보자임 · 미카엘리스 멘텐 방정식 | |||||
| 제어 물질 | 사이토카인 · 신경전달물질 ( ATP) · 수용체 ( GPCR) | ||||||
| 기타 | 뉴클레오솜 · 히스톤 · 프리온 · 호르몬 · 샤페론 | ||||||
| 현상 및 응용 | 물질대사 · 펩타이드 결합 ( 알파 헬릭스 구조 · 베타병풍) · 센트럴 도그마 · 전사 ( 전사 인자) · 번역 · 복제 · 유전 알고리즘 · 유전 부호 · 대사경로 · TCA 회로 · 산화적 인산화 · 기질 수준 인산화 · 해당과정 · 오탄당 인산경로 · 포도당 신생합성 · 글리코겐 대사 · 아미노산 대사 · 단백질 대사회전 · 지방산 대사 · 베타 산화 · RNA 이어맞추기 · 신호전달 · DNA 메틸화 ( 인핸서) · 세포분열 ( 감수분열 · 체세포분열) · 능동수송 · 수동수송 · 페토의 역설 · 하플로그룹 | ||||||
| 기법 | ELISA · PCR · 돌연변이유도 · 전기영동 ( SDS-PAGE · 서던 블로팅 · 웨스턴 블롯) · 유전체 편집 ( CRISPR) · DNA 수선 · 바이오 컴퓨팅 ( DNA 컴퓨터) · DNA 시퀀싱 · STR · SNP · SSCP | ||||||
| 기타 문서 | 일반생물학 · 분자유전학 · 생리학 · 유전학 · 진화생물학 · 면역학 · 약학 ( 약리학 둘러보기) · 세포학 · 구조생물학 · 기초의학 둘러보기 · 식품 관련 정보 · 영양소 · 네른스트 식 · 샤가프의 법칙 · 전구체 | }}}}}}}}} | |||||
1. 개요
리보핵산(RiboNucleic Acid), 약칭 RNA는 핵산에 속한 물질이다. 오탄당[1]인 ' 리보스Ribose'를 중심으로 구성되어 있으며, 보통은 단일가닥이 스스로 얽히고설킨 구조를 띤다.[2] RNA는 특이하게도 그 자체가 효소로서 작용하는 것( 리보자임, ribozyme)도 있기 때문에, 단백질을 스스로 합성해 효소로 사용할 수 없었던 초기의 생명체는 스스로 효소의 역할을 할 수도 있는 RNA를 유전 물질로 사용했을 것이라고 추측하기도 한다.1.1. DNA와의 차이점
DNA와의 차이점은 세 종류 염기( 아데닌, 구아닌, 사이토신)에 타이민을 쓰면 DNA, 유라실을 쓰면 RNA이다. 그리고 뼈대를 구성하는 당이 디옥시리보스Deoxyribose[3]면 DNA, 리보스Ribose면 RNA이다.DNA는 타이민을 사용하고 RNA는 유라실을 쓰는 이유는 다음과 같다. 염기 구조를 보면 타이민은 유라실과 거의 같지만 5번 탄소에 메틸기(-CH3)가 하나 붙어있으며, 사이토신에서 아민기를 제거한 탈아미노과정의 생성물이 바로 유라실이다. DNA가 유라실을 염기로 쓸 때의 문제점이 바로 여기서 오는데, 일단 타이민 대신 유라실이 있는 DNA를 상상해보자. 어느 날 사이토신이 우연히 탈아미노과정을 거쳐 유라실로 바뀌어 버리면, 이 돌연변이 유라실과 원래 유라실을 구별할 방법이 없어지고 이는 무작위적인 돌연변이로 이어진다. 한 염기가 다른 염기로 쉽게 바뀐다는 것은 심각한 문제이다. 따라서 유전 정보의 장기 보존이 중요한 DNA에서는 메틸기가 하나 더 붙은 타이민을 사용함으로써 우연히 사이토신이 탈아미노과정을 겪더라도 구별할 수 있도록 되어 있다. 그리고 DNA에 유라실이 생길 경우 uracil DNA glycosylase라는 효소가 이를 제거해 버린다.
지금도 바이러스 중에는 DNA가 아니라 RNA로 유전정보를 전달하고 있는 종들도 존재한다. 그런 바이러스 중 하나가 레트로바이러스(Retrovirus)이며, 센트럴 도그마를 깨는 데 결정적인 역할을 했다[4]. 이러한 바이러스 중 대표적인 것은 AIDS를 일으키는 HIV이다.
RNA는 DNA에 비해 불안정하다. RNA는 보통 단일가닥이라서, 오류가 났을 때 비교/수정에 참고할 반대쪽 가닥이 없으며(DNA는 이중가닥이므로 상대적으로 안정하다.), 또한 리보스는 디옥시리보스보다 반응성이 크다. 그래서 무작위로 반응하여 변이를 일으키는 빈도도 높다.
비유하자면, DNA가 안정적이지만 복제속도가 느린 승용차, RNA는 불안정하지만 빠르게 복제되는 오토바이라고 할 수 있겠다.
DNA에 유전자를 보존하는 생물도 단백질을 생산할 때는 일단 DNA를 RNA로 바꾸는 과정을 거친 후 생산한다. 센트럴 도그마 참고.
2. 종류
RNA는 전사 과정에서 만들어지는데, 전사된 RNA 중 단백질로 변환될 수 있는 정보를 가진 RNA들, 즉 coding RNA들을 mRNA(messenger RNA)라고 하며, 그 외는 non-coding RNA라 부른다. 고등 생물에서는 오히려 non-coding RNA의 전사가 절대적, 상대적으로 다수를 차지한다. non-coding RNA 중 하나인 microRNA(miRNA)는 약 21-23개의 뉴클레오티드로 구성된 비번역 RNA(non-coding RNA)로, 전사 및 전사 후 단계에서 타겟 유전자의 3′ 말단에 상보적으로 붙어 mRNA의 번역을 억제하는 기능을 한다. 사람을 포함한 동물, 식물 및 Epstein-Barr virus와 같은 몇몇 바이러스에서 관찰할 수 있다.비번역 RNA가 갖가지 유전자 발현 조절에 관여하고 있다는 사실이 계속 밝혀지고 있다. 예를 들면 몇몇 병원체에서 보이는 RNA 온도계라 부르는 것으로 평소에는 가만히 있다가 사람 몸 속에 들어가면 사람의 체온에 의해 독성 유전자 발현이 활성화되도록 절묘한 구조를 가진 RNA가 있는가 하면, 특정 화학 물질의 존재 여부에 따라 마치 스위치를 켜고 끄듯이 유전자 발현을 가능/불가능하게 조절하는 리보 스위치 등이 있다.
2.1. mRNA
, 그곳에서 만드는 코로나19 백신에 대한 내용은
mRNA-1273
문서
참고하십시오.|
분자생물학·
생화학 Molecular Biology · Biochemistry |
|||||||
|
{{{#!wiki style="word-break: keep-all; margin:0 -10px -5px" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" |
<colbgcolor=#717845> 기반 | 생물물리학 · 물리화학 ( 둘러보기) · 분자화학 ( 유기화학 · 무기화학 · 고분자화학) · 수학 ( 미분방정식 · 이산수학 · 매듭이론) | |||||
| 기본 물질 | 아미노산 ( 카복실산) · 리간드 | ||||||
| 유전체 | 유전체 기본 구조 | 아데닌 · 타이민 · 구아닌 · 사이토신 · 유라실 · 리보스 · 디옥시리보스 · 뉴클레오타이드 ( 핵산) | |||||
| 유전체 혼합 구성 | 인트론 · 엑손 · 오페론 · 프로모터 | ||||||
| 유전체 세부 종류 | RNA | MRNA · TRNA · RRNA( 리보솜) · 리보자임 · miRNA · siRNA · RDDM | |||||
| DNA | A형 구조 · B형 구조 · Z형 구조 · Alu · 게놈 · 텔로미어 · 유전자 · 유전자 목록 | ||||||
| 관련 물질 | 효소 | 보조인자 · 조효소 ( NADH · NADPH · FAD) · 뉴클레이스 · 디하이드록실레이스 · 레닌 · 루비스코 · 루시페레이스 · 라이소자임 · 라이페이스 · 말테이스 · 셀룰레이스 · 아데닐산고리화효소 · 아밀레이스( 디아스타아제) · 역전사효소 · 트립신 · 펩신 · 유전체 중합 효소 · 리보자임 · 미카엘리스 멘텐 방정식 | |||||
| 제어 물질 | 사이토카인 · 신경전달물질 ( ATP) · 수용체 ( GPCR) | ||||||
| 기타 | 뉴클레오솜 · 히스톤 · 프리온 · 호르몬 · 샤페론 | ||||||
| 현상 및 응용 | 물질대사 · 펩타이드 결합 ( 알파 헬릭스 구조 · 베타병풍) · 센트럴 도그마 · 전사 ( 전사 인자) · 번역 · 복제 · 유전 알고리즘 · 유전 부호 · 대사경로 · TCA 회로 · 산화적 인산화 · 기질 수준 인산화 · 해당과정 · 오탄당 인산경로 · 포도당 신생합성 · 글리코겐 대사 · 아미노산 대사 · 단백질 대사회전 · 지방산 대사 · 베타 산화 · RNA 이어맞추기 · 신호전달 · DNA 메틸화 ( 인핸서) · 세포분열 ( 감수분열 · 체세포분열) · 능동수송 · 수동수송 · 페토의 역설 · 하플로그룹 | ||||||
| 기법 | ELISA · PCR · 돌연변이유도 · 전기영동 ( SDS-PAGE · 서던 블로팅 · 웨스턴 블롯) · 유전체 편집 ( CRISPR) · DNA 수선 · 바이오 컴퓨팅 ( DNA 컴퓨터) · DNA 시퀀싱 · STR · SNP · SSCP | ||||||
| 기타 문서 | 일반생물학 · 분자유전학 · 생리학 · 유전학 · 진화생물학 · 면역학 · 약학 ( 약리학 둘러보기) · 세포학 · 구조생물학 · 기초의학 둘러보기 · 식품 관련 정보 · 영양소 · 네른스트 식 · 샤가프의 법칙 · 전구체 | }}}}}}}}} | |||||
전령 RNA, messenger RNA, mRNA
DNA와 전사 되고 있는 mRNA. (효소 생략)
mRNA는 화학적으로 암호화된 단백질을 생산하는 데 있어서 설계도와 같은 역할을 하는 RNA 중 하나이다. DNA에서 전사되어 형성되며, 유전정보를 암호화한 코돈이 포함되어 있다. 이 코돈은 3개가 한 단위로 하나의 아미노산을 지정하는데, 이 코돈과 상보적인 코돈( 안티코돈)을 지닌 tRNA가 해당 아미노산을 가져와 리보솜에서 아미노산끼리 연결하고, 단백질을 생합성하게 된다.
2.1.1. 의학적 활용
학계에서 mRNA 기술은 2000년대부터 주목받는 기술이었다. 수많은 질병, 특히 암과 에이즈의 치료에도 기여하리라는 기대가 있었기 때문이다.[5] 실제로 길리어드 사이언스가 에이즈( HIV) 치료제 빅타비를 개발할 때 mRNA를 HIV에 사용할 수 있다는 점을 처음 보여준 이후 각종 에이즈 치료제를 제약사가 mRNA로 연구하고 있다.언론을 통해 본격적으로 주목을 받은것은 SARS-CoV-2에 대한 화이자, 모더나의 백신개발 이후이다. mRNA 백신은 기존 백신에 비해 개발 기간이 1/100로 급감하기에 앞으로 mRNA 백신 또한 활발하게 개발될 것으로 보인다. 코로나19에 mRNA 백신이 성공한 전례로 인해 현재 암과 HIV, 말라리아, 인플루엔자 등의 감염병 및 수많은 만성질환에서 과거에 비하여 활발한 연구가 진행되고 있다.
특히 코로나19 mRNA백신의 개발로, 21세기의 전례없는 전세계적 보건위기에서 인류를 구한 공로로 2023년 뉴클레오시드 염기 변형에 대해 연구한 커털린 커리코(헝가리), 드루 와이스먼(미국)이 노벨생리학·의학상을 수상하였다.
단점은 냉동 보관이 강제된다는 것이다.[6] RNA는 쉽게 변질되기 때문에 반응을 억제하기 위해 저온에서 보관하고, 이는 유지비 상승으로 이어진다.
DNA 종이접기 기술은 DNA의 염기 특이적인 결합 특성(A는 T, G는 C)을 이용해 두 가닥이 상보적으로 결합하면서 이중나선을 형성하는 원리를 활용하여 원하는 나노 구조체를 만드는 기술이다. 이 기술 덕분에 DNA를 활용한 약물 운반체나 바이오 센서를 개발할 가능성이 높아졌다. 나노 구조체는 1nm 크기의 작은 구조로 세포에 약물을 전달하거나 바이러스를 감지할 수 있다. DNA는 나노 구조체를 만드는 데 적합한 소재로, 반지름이 1nm이며 생체 적합성이 뛰어나고 상보적 결합 특성을 갖고 있다. 1982년 나드리안 시먼이 DNA 가닥을 결합해 구조체를 만드는 방법을 제안했으나 초기에는 정교함과 복잡한 형태 구현이 어려웠다.
DNA 종이접기 기술은 암백신을 개발할수 있다. DNA 종이접기 기술은 DNA의 상보적 결합 특성을 활용해 나노구조체를 자가 조립하는 기술이다. 이를 통해 1nm 크기의 나노구조를 만들어 약물 전달이나 질병 진단에 활용할 수 있다. 암백신 개발에 있어 DNA 나노구조체는 암세포의 특정 항원을 표적화하고 면역 시스템에 전달할 수 있다.
DNA 나노구조체는 항암제나 면역 자극제를 부착해 약물 전달과 면역 반응을 유도할 수 있다. 또한 자가 조립 능력을 통해 여러 항원을 포함하는 백신 개발이 가능하다. DNA 종이접기 기술은 생체 적합성이 뛰어나며 정확한 약물 전달이 가능하다.
하지만 생체 내 안정성과 대규모 생산의 문제를 해결해야 하는 어려움이 있다. DNA 나노구조체를 이용한 암백신 개발은 암 치료의 혁신적 방법을 보여주며 나노기술과 생명과학의 융합을 이끌어낼 것입니다.
이번 탐구를 통해 DNA 종이접기 기술이 암백신 개발에 어떻게 활용될 수 있는지 알게 되었다. DNA의 자가 조립 특성 덕분에 나노구조체를 만들어 암세포를 표적화하고 약물을 전달할 수 있다는 가능성을 느꼈다. 탐구 과정에서 상보적 결합 원리를 이해하며 DNA가 단순한 유전자 정보 전달 이상의 역할을 한다는 점을 깨달았다. 또한, 기술과 과학이 결합해 문제를 해결하는 방식에 대해 실질적으로 배웠다. 그러나 생체 내 안정성과 대규모 생산문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 이 탐구를 통해 나노기술과 생명과학이 의료 혁신을 이끌어낼 수 있음을 알게 되었고, 앞으로의 연구 발전이 매우 기대된다.
2.1.2. 전사
DNA에 적혀 있는 유전정보를 대신 전달해 주는 것은 mRNA이고 전사란 mRNA가 유전정보를 옮기는 과정을 말한다. RNA 중합효소가 이 과정을 맡는다. 기본적으로는 DNA 복제과정 중 한쪽 부분과 유사하나, 전사 과정에서는 한쪽 가닥만을 정보로 삼아 옮겨적고 RNA가 합성된 이후 DNA는 원상복구된다. 게다가 DNA복제와는 달리 프라이머가 필요없다.원핵생물과 진핵생물의 전사과정은 차이가 있다.
2.1.3. RNA 이어맞추기 (RNA Splicing)
진핵생물의 mRNA에는 인트론(Intron)과 엑손(Exon)이라는 부분이 있는데 인트론은 단백질에 대한 정보가 없고, 엑손에만 단백질 정보가 존재한다. 즉, 인트론을 제거하고 엑손만을 남겨야 정상번역이 된다. 이 과정을 RNA splicing이라고 한다. 인트론이 왜 존재하는지는 완전히 밝혀지지 않았다. 돌연변이 때문에 목숨이 위험해지는 상황을 줄이고, 한정된 유전자로 다양한 단백질을 만들기 위함[7]이 아니냐는 설이 존재한다.
위 그림에서 이어맞추기가 완료되어도 5' cap과 poly-A가 남아있는데, 이 둘은 엑손으로 취급 받는다.
자세한 설명은 RNA 이어맞추기 항목 참조.
2.1.4. 코돈
2.1.5. RNA 중합효소
RNA 중합효소는 DNA로부터 1차 전사물(primary transcript) RNA를 합성하는 효소이다. RNA 중합효소는 DNA를 이용하여 RNA 사슬을 만드는 전사과정에 필수적이므로 모든 생물과 많은 바이러스에 존재한다.참고로, 원핵세포의 RNA 중합효소와 진핵세포의 RNA 중합효소는 같은 효소가 아니다.
2.1.5.1. 원핵세포의 RNA 중합효소
원핵세포는 α 소단위가 2개, β 소단위와 β' 소단위가 핵심중합효소를 구성하는 성분이 된다. 원핵세포의 RNA 중합효소는 σ 인자(Sigma factor)가 제거된 핵심중합효소는 중합(polymerization)속도는 빠르지만(RNA 중합효소를 구성하는 여러 인자 중에 σ 인자가 제거된 핵심중합효소는 빠른 속도로 주형 DNA를 따라 RNA를 중합시킬 수 있다.) 프로모터(promoter)에 대한 특이성(specificity)이 없고 결합력(bonding strength)이 약화된다. 따라서 RNA pol(RNA polymerase)내부에서 대략 7n.t의 안정적인 RNA가 중합된 후에 σ 인자가 방출된다.(abortive initiation)2.1.5.2. 진핵세포의 RNA 중합효소
진핵세포는 대다수의 유전자를 포함하며 대부분의 진핵세포는 다세포 생물체를 구성하므로 다양한 유전자의 조직특이적 유전자발현(tissue-specific gene expression)을 유발시키기 위해 전사인자(transcription factor)를 이용하여 유전자의 발현을 촉진시킨다. 즉, RNA pol는 3가지를 포함하여 그 기능이 특성화되어 있다. RNA pol I은 리보솜 RNA(rRNA)<18-5.8-28S rRNA>가 전사, RNA pol II는 전령 RNA(mRNA)의 전사, RNA pol III은 운반 RNA(tRNA)와 5S 리보솜 RNA(rRNA)의 전사이다. 각 프로모터(promoter)에 특이적인 전사인자가 활성화되면 프로모터에 결합하여 RNA pol의 결합을 촉진(acceleration)하게 되므로 다양한 호르몬(hormone)에 의한 신호전달계가 전사인자의 활성을 조절하게 된다.2.2. saRNA
자체 증폭 RNA 또는 자체 복제 RNA, Self-amplifying RNA 또는 self-replicating RNA, saRNA 또는 srRNA자체 증폭 RNA (saRNA)는 자체 복제 RNA(srRNA)라고도 하며, 숙주 세포 내에서 자체 복제되도록 설계된 mRNA 분자 유형으로, 단백질 발현을 향상시키고 면역 반응을 증폭시켜 백신 및 기타 치료적 응용 분야에 유망한 도구가 되었다. "차세대" mRNA인 saRNA는 기존 mRNA에 비해 감소된 용량으로 더 큰 단백질 발현을 달성하도록 설계되었다. 반감기가 짧고 장시간 단백질을 발현하는 능력이 제한적인 기존 mRNA와 달리 saRNA는 더 오랜 기간 동안 단백질 발현을 유지할 수 있다. saRNA는 베네수엘라 말 뇌염 바이러스와 같은 알파바이러스와 같은 양성 단일 가닥 RNA 바이러스를 기반으로 한다 .
기존의 메신저 RNA(mRNA) 백신은 짧은 mRNA 반감기로 인해 한정된 양의 단백질만 생산한다. saRNA는 자체 복제에 필요한 단백질 기계를 인코딩하는 두 번째 ORF로 발현의 동역학을 확장한다. 이 자체 복제는 RNA 양과 발현 시간을 모두 극적으로 증가시킨다. 결과적으로 초기 복용량에서 생산되는 단백질 양은 기존 mRNA에 비해 감소한다.
2.3. tRNA
|
분자생물학·
생화학 Molecular Biology · Biochemistry |
|||||||
|
{{{#!wiki style="word-break: keep-all; margin:0 -10px -5px" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" |
<colbgcolor=#717845> 기반 | 생물물리학 · 물리화학 ( 둘러보기) · 분자화학 ( 유기화학 · 무기화학 · 고분자화학) · 수학 ( 미분방정식 · 이산수학 · 매듭이론) | |||||
| 기본 물질 | 아미노산 ( 카복실산) · 리간드 | ||||||
| 유전체 | 유전체 기본 구조 | 아데닌 · 타이민 · 구아닌 · 사이토신 · 유라실 · 리보스 · 디옥시리보스 · 뉴클레오타이드 ( 핵산) | |||||
| 유전체 혼합 구성 | 인트론 · 엑손 · 오페론 · 프로모터 | ||||||
| 유전체 세부 종류 | RNA | MRNA · TRNA · RRNA( 리보솜) · 리보자임 · miRNA · siRNA · RDDM | |||||
| DNA | A형 구조 · B형 구조 · Z형 구조 · Alu · 게놈 · 텔로미어 · 유전자 · 유전자 목록 | ||||||
| 관련 물질 | 효소 | 보조인자 · 조효소 ( NADH · NADPH · FAD) · 뉴클레이스 · 디하이드록실레이스 · 레닌 · 루비스코 · 루시페레이스 · 라이소자임 · 라이페이스 · 말테이스 · 셀룰레이스 · 아데닐산고리화효소 · 아밀레이스( 디아스타아제) · 역전사효소 · 트립신 · 펩신 · 유전체 중합 효소 · 리보자임 · 미카엘리스 멘텐 방정식 | |||||
| 제어 물질 | 사이토카인 · 신경전달물질 ( ATP) · 수용체 ( GPCR) | ||||||
| 기타 | 뉴클레오솜 · 히스톤 · 프리온 · 호르몬 · 샤페론 | ||||||
| 현상 및 응용 | 물질대사 · 펩타이드 결합 ( 알파 헬릭스 구조 · 베타병풍) · 센트럴 도그마 · 전사 ( 전사 인자) · 번역 · 복제 · 유전 알고리즘 · 유전 부호 · 대사경로 · TCA 회로 · 산화적 인산화 · 기질 수준 인산화 · 해당과정 · 오탄당 인산경로 · 포도당 신생합성 · 글리코겐 대사 · 아미노산 대사 · 단백질 대사회전 · 지방산 대사 · 베타 산화 · RNA 이어맞추기 · 신호전달 · DNA 메틸화 ( 인핸서) · 세포분열 ( 감수분열 · 체세포분열) · 능동수송 · 수동수송 · 페토의 역설 · 하플로그룹 | ||||||
| 기법 | ELISA · PCR · 돌연변이유도 · 전기영동 ( SDS-PAGE · 서던 블로팅 · 웨스턴 블롯) · 유전체 편집 ( CRISPR) · DNA 수선 · 바이오 컴퓨팅 ( DNA 컴퓨터) · DNA 시퀀싱 · STR · SNP · SSCP | ||||||
| 기타 문서 | 일반생물학 · 분자유전학 · 생리학 · 유전학 · 진화생물학 · 면역학 · 약학 ( 약리학 둘러보기) · 세포학 · 구조생물학 · 기초의학 둘러보기 · 식품 관련 정보 · 영양소 · 네른스트 식 · 샤가프의 법칙 · 전구체 | }}}}}}}}} | |||||
운반 RNA, transfer RNA, tRNA
단백질 합성에 관여하는 RNA이다. 염기서열의 끝에서 아미노산과 결합되며, 뉴클레오타이드의 염기서열 일부가 안티코돈[8]을 이룬다.
크릭이 제창한 adaptor 가설의 adaptor 가 tRNA 임이 확인되었다. S-RNA라고도 불렸다. 프레더릭 생어가 박테리아만의 특별한 N-포밀메시오닌[9]-tRNA를 발견했다. tRNA의 정확한 구조는 우리나라의 김성호 박사가 1974년 밝혔으나 노벨상은 못 받았다.
2.3.1. 아미노산 가져오기
3번 말단은 항상 5'-CCA-3'의 염기서열을 가지며, 여기의 3'-히드록시기에 아미노아실 tRNA 합성효소 (Aminoacyl tRNA synthetase; aaRS)가 아미노산을 갖다붙인다. (위 그림 우상의 노란색) 별도로 서술하겠지만, aaRS는 크게 두 가지 그룹으로 나뉘고 특이하게도 일반적인 진화론적 계통도 (진핵생물, 세균, 고균)하고는 일치하지 않는다.
2.3.2. 리보솜에서 단백질 만들기
위 그림 맨 아래의 회색 부분이 안티코돈 부분으로서, mRNA의 리보솜 안에서 코돈하고 결합한다.리보솜 안에서 tRNA는 아주 정확한 위치로 맞아들어가면서 mRNA와 결합하고 이어서 꽁무니에 달린 아미노산을 번역 중인 단백질에 갖다붙이게 되는데, 먼저 P/P 사이트(펩티딜 사이트. P/P라고 쓰는 건 그냥 P라고 쓰면 프롤린 약자인 P하고 헷갈리니까.)라고 불리는 리보솜의 특정 위치로 맨 처음 아미노아실 tRNA가 들어가게 된다. 이어서 두 번째 아미노아실 tRNA가 A/T 사이트(아미노아실 tRNA가 가장 먼저 들러붙는 사이트)로 들어오고, 안티코돈과 코돈이 맞는지 검사한다. 맞으면 이제 안으로 밀고 들어가면서 두 번째 아미노아실 tRNA가 제대로 A/A 사이트 (아미노아실 사이트)로 들어간다.[10] 들어간 두 번째 아미노아실 tRNA에 첫 번째 아미노아실 tRNA에 있던 아미노산이 옮겨붙으면서 첫 번째 tRNA는 P/P 사이트에서 E/E 사이트 쪽으로 밀려가고 두 번째 아미노아실 tRNA에 아까 아미노산이 와 붙어서 펩티딜 tRNA가 된다. 완전히 밀려간 첫 번째 tRNA는 방출되고 이제 A/T 사이트에 다음 아미노아실 tRNA가 들어올 수 있게 된다. 이걸 계속 반복함으로써 단백질이 합성된다.
파일:external/liquidbio.pbworks.com/c7_17_16ribosome.jpg
mRNA의 코돈 중 UAA, UGA, UAG는 해당하는 안티코돈을 지정하는 tRNA가 없기 때문에 종결코돈이 되는 것이다. 조금 더 자세히 설명하면, 해당 코돈들을 인식하는 건 tRNA가 아니고 eRF1(진핵세포 방출인자 eukaryotic Release Factor)이고, 일단 펩타이드가 떨어지고 나면 다시 eRF3이 붙어 리보솜에서 eRF1을 뜯어내어 복구시킨다.
원핵세포의 경우, UAG는 RF1, UGA는 RF2, UAA에는 RF1과 RF2가 모두 관여하며 RF3은 RF1과 RF2를 뜯어내는 작용을 한다.
2.4. rRNA
|
분자생물학·
생화학 Molecular Biology · Biochemistry |
|||||||
|
{{{#!wiki style="word-break: keep-all; margin:0 -10px -5px" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] {{{#!wiki style="margin:-6px -1px -11px" |
<colbgcolor=#717845> 기반 | 생물물리학 · 물리화학 ( 둘러보기) · 분자화학 ( 유기화학 · 무기화학 · 고분자화학) · 수학 ( 미분방정식 · 이산수학 · 매듭이론) | |||||
| 기본 물질 | 아미노산 ( 카복실산) · 리간드 | ||||||
| 유전체 | 유전체 기본 구조 | 아데닌 · 타이민 · 구아닌 · 사이토신 · 유라실 · 리보스 · 디옥시리보스 · 뉴클레오타이드 ( 핵산) | |||||
| 유전체 혼합 구성 | 인트론 · 엑손 · 오페론 · 프로모터 | ||||||
| 유전체 세부 종류 | RNA | MRNA · TRNA · RRNA( 리보솜) · 리보자임 · miRNA · siRNA · RDDM | |||||
| DNA | A형 구조 · B형 구조 · Z형 구조 · Alu · 게놈 · 텔로미어 · 유전자 · 유전자 목록 | ||||||
| 관련 물질 | 효소 | 보조인자 · 조효소 ( NADH · NADPH · FAD) · 뉴클레이스 · 디하이드록실레이스 · 레닌 · 루비스코 · 루시페레이스 · 라이소자임 · 라이페이스 · 말테이스 · 셀룰레이스 · 아데닐산고리화효소 · 아밀레이스( 디아스타아제) · 역전사효소 · 트립신 · 펩신 · 유전체 중합 효소 · 리보자임 · 미카엘리스 멘텐 방정식 | |||||
| 제어 물질 | 사이토카인 · 신경전달물질 ( ATP) · 수용체 ( GPCR) | ||||||
| 기타 | 뉴클레오솜 · 히스톤 · 프리온 · 호르몬 · 샤페론 | ||||||
| 현상 및 응용 | 물질대사 · 펩타이드 결합 ( 알파 헬릭스 구조 · 베타병풍) · 센트럴 도그마 · 전사 ( 전사 인자) · 번역 · 복제 · 유전 알고리즘 · 유전 부호 · 대사경로 · TCA 회로 · 산화적 인산화 · 기질 수준 인산화 · 해당과정 · 오탄당 인산경로 · 포도당 신생합성 · 글리코겐 대사 · 아미노산 대사 · 단백질 대사회전 · 지방산 대사 · 베타 산화 · RNA 이어맞추기 · 신호전달 · DNA 메틸화 ( 인핸서) · 세포분열 ( 감수분열 · 체세포분열) · 능동수송 · 수동수송 · 페토의 역설 · 하플로그룹 | ||||||
| 기법 | ELISA · PCR · 돌연변이유도 · 전기영동 ( SDS-PAGE · 서던 블로팅 · 웨스턴 블롯) · 유전체 편집 ( CRISPR) · DNA 수선 · 바이오 컴퓨팅 ( DNA 컴퓨터) · DNA 시퀀싱 · STR · SNP · SSCP | ||||||
| 기타 문서 | 일반생물학 · 분자유전학 · 생리학 · 유전학 · 진화생물학 · 면역학 · 약학 ( 약리학 둘러보기) · 세포학 · 구조생물학 · 기초의학 둘러보기 · 식품 관련 정보 · 영양소 · 네른스트 식 · 샤가프의 법칙 · 전구체 | }}}}}}}}} | |||||
리보솜 RNA, ribosomal RNA, rRNA
리보솜을 구성하고 있는 RNA. 줄여서 rRNA라고 한다.
진핵생물 기준으로 서술한다.
2.4.1. 전사
세포의 핵 속에 있는 인에서 주로 전사된다. 이후 핵공을 통해 들어온 리보솜 단백질과 결합하여 소단위체, 대단위체를 형성한다. 이후 다시 핵공을 통해 세포질로 빠져 나온다.2.4.2. 역할
번역에 관여한다. 번역 시작 시 사용되는 mRNA의 개시 코돈(AUG)의 인식부위가 리보솜 소단위체에 있는 rRNA에 있다. 즉 rRNA가 있어야 번역이 시작된다. 특이하게도 소단위체를 단백질 분해효소로 분해하여도 rRNA는 분해가 되지 않기 때문에 번역이 시작된다.2.5. 리보자임
2.6. miRNA,siRNA
miRNA 와 siRNA는 주로 mRNA를 분해하거나 억제하는 역할을 하는 small RNA 이다. 이 둘은 보통 이중가닥 RNA(dsRNA)로 부터 생성된다. dsRNA 는 dicer(DCL)에 의해 잘리고 small RNA가 된다. small RNA 는 RISC 단백질을 코어로 가지는 AGO 단백질의 PAZ 부위와 3'end 결합을 하여 운반된다. 이렇게 RNA와 결합한 AGO 단백질은 타겟이 되는 mRNA에 붙는다. 여기서 3가지 일은 하는데 1. AGO 단백질의 PIWI 부위를 이용해 mRNA를 자르거나 2. 자르지 않고 전사만 방해하거나 3. chromatin-modifying[11]을 한다. small RNA 와 AGO 단백질의 조합의 따라 위 3가지 중 1가지를 골라 작동한다. miRNA 와 siRNA의 생성과정 차이는 dsRNA 을 만드는 과정에서 부터 있다. miRNA는 스스로 접혀져서 헤어핀 모양의 RNA가 되어 dsRNA를 만든다. 하지만 siRNA는 양방향성 전사(bidirectional transcription)에 의해 dsRNA가 된다. 자세한 생성 과정은 밑 문단을 보도록 하자2.6.1. miRNA
마이크로 RNA, microRNA, miRNAmiRNA는 mRNA의 분해를 통해 줄기세포의 유지 및 분화, 조직 특성의 분화, 관맥발달, 꽃문양(floral patterning) 의 발달,호르몬 신호 조절, 환경스트레스 대응에 필요하다. miRNA가 생성되는 과정은 포유류냐 식물이냐에서 갈린다.
포유류의 경우: 생성이 시작되는 과정이 크게 3가지로 분류된다. 1.Drosha에 의해 Pri-miRNA가 잘리고 pasha에 붙어서 pre-miRNA가 된다. 2.인트론으로 암호화된 RNA가 스플라이싱 되어 pre-miRNA가 된다. 3.mritron RNA가 스플라이싱 되어 pre-miRNA가 된다. 이렇게 pre-miRNA가 생성되면 exportin 5-mediated pathway에 의해 세포 핵에서 새포질로 운반되고 DICER1에 의해 22nt로 잘라져서 AGO와 결합하면 완성된다.
식물의 경우: 식물은 동물과 달리 Dorsha와 pasha가 없이 Pri-miRNA 에서 스플라이싱이 일어나 pre-miRNA가 된다. 그리고 DCL1에 의해 21nt로 잘린다. DCL1이 작동할 때 3개의 단백질이 도와주는데 RNA에 붙는 단백질인 HYL1,DDL, zinc finger 단백질인 serrate(se)가 관여한다. 그리고 21nt로 잘린 RNA는 HEN1 에 의해 양쪽가닥 3'end에 methylation을 시켜준다. 이러한 과정은 RNA의 안정성을 높여준다. 여기에서 바로 AGO 와 결합해서 세포핵 내부에 남거나 활동을 시작하거나 exportin 5-mediated pathway에 의해 세포질로 빠져나가서 여기서 AGO 단백질에 의해 역할이 달라질수 있다. 대표적으로 AGO1 단백질은 정단분열조직(shoot apical meristem) 형성에 관여한다. AGO10은 정단분열조직(shoot apical meristem) 형성과 pin head 돌연변이에 관여한다.
절반 이상의 miRNA는 전사인자를 타겟으로 사용된다. 그 외의 miRNA는 유비퀴틴을 매개로 발달 신호를 조절하는 F-BOX 단백질을 타겟으로 한다. 전사후 스플라이싱이 인트론으로 생성된 miRNA에 의해 조절 될 수도 있다.또는 AGO1과 DCL1 스스로가 miRNA의 타겟이 되는 경우가 있는데 이는 miRNA 생성의 음성피드백이다. 심지어 miRNA가 직접 DNA를 cytosine methylation을 하는 경우도 있다. 이렇게 직접 RNA가 직접 DNA를 메틸화 시켜 조절하는 것을 RNA dependent DNA Methylation(RdDM)이라고 부른다.
2.6.2. siRNA
소간섭 RNA 또는 짧은 간섭 RNA, small interfering RNA 또는 short interfering RNA, siRNA침묵RNA(silencing RNA)라고도 불리며, 약 20~25개의 염기쌍으로 이루어져 있다. 유전자 발현 조절을 하는 마이크로RNA(miRNA, micro RNA)와 비슷하게 RNA를 간섭하는 역할을 한다. DNA에서 mRNA(messenger RNA)로 전환되는 전사과정이 이루어진 후 mRNA의 활성을 저하시켜 결국 mRNA에서 아미노산으로 전환되는 번역(translation) 과정에 이르지 못하게 하고, 정상적인 단백질이 만들어지지 않아 유전자의 발현이 이루어지지 못하게 한다. 또한 항바이러스 기작으로 RNA간섭(RNAi, RNA interference)과 관련된 경로에서 작용하거나, 염색질(chromatin)의 구조를 형성하는 데에도 관여한다.
양사슬 3′말단이 2염기 돌출한 20~25염기쌍의 2중나선 RNA인데 RNAi경로에서 상보적인 배열을 한 RNA의 특이적인 절단을 유도한다. 자연에는 RNA바이러스 또는 전이인자(transposon)유래인 긴 이중나선 RNA가 Dicer로 절단되어 생성한다.
화학적으로 합성한 siRNA 또는 siRNA를 발현하는 플라스미드 또는 바이러스매개체를 세포에 도입하여 인위적으로 특정한 mRNA 또는 거대RNA(miRNA)전구체를 절단, 분해하는 것으로서 특정한 유전자의 발현 또는 miRNA의 기능발휘를 저해할 수 있다. 세포내 동원체 등에 포함하는 반복배열에서 생긴 siRNA가 헤테로크로마틴화에 관여하는 것도 알려져 있다.
2.6.3. RdDM
RdDM은 풀어쓰면 RNA directed DNA Methylation이고 말 그대로 RNA가 DNA의 사이토신 메틸레이션을 주도 한다는 것이다. RdDM은 viroid에 감염된 담배에서 처음 관측 되었다. RdDM은 주로 RNA와 DNA의 서열이 똑같은 곳에서 주로 일어나고 일어난 후에는 서열이 다른 곳까지 methylation이 퍼진다. RdDM은 DRM단백질에 의해 일어나고 특히 DRM2가 중요하게 여겨진다. 이러한 RdDM의 DNA 메틸레이션은 DNA가 mutation에 취약하게 되고 실제로 DNA의 서열을 바꿀 수 있는 확률이 높아진다[12]. 이러한 RNA를 통한 DNA 메틸레이션의 변화는 환경에 의한 후성유전학적 진화 중의 하나이며 DNA 메틸레이션에 의해 DNA의 서열이 변하는 것은 경험과 환경에 의해 생긴 획득형질 진화인 용불용설이 완전히 허무맹랑한 가설은 아닐 수도 있다는 것을 시사하는 개념이다. 자세한 건 후성유전학참고2.6.4. Transitivity
Transivity 는 최초로 생긴 siRNA가 secondary siRNA를 만들면서 siRNA의 매개로된 silencing을 증폭 시키는 과정이다. 2가지 방법으로 Transivity가 일어나는데1. 최초로 생긴 siRNA가 특정 RNA에 붙어서 RdRP를 붙게 한다. 그리고 siRNA를 프라이머 삼아서 dsRNA를 만든 후 DCL을 통해 잘라 secondary siRNA를 만든다.
2. AGO와 결합한 siRNA가 특정 RNA에 붙어 RNA를 자른다 그리고 잘린 RNA에 RdRP가 프라이머 없이
라는 2가지 방법이 있다.
2.7. snRNA
작은(소형) 핵 RNA, small nuclear RNA, snRNA작은 핵RNA(small nuclear RNA, snRNA)는 단백질을 부호하지 않은 비부호 RNA(non-coding RNA)로 mRNA 이어맞추기와 다른 RNA의 가공에 참여한다. 100 – 300 뉴클레오타이드 길이의 작은 크기이다. 작은 핵 라이보뉴클레오단백질(small nuclear ribonucleoprotein, snRNP)의 주요 성분으로 대부분의 mRNA 이어맞추기(splicing)를 담당하는 이어맞추기소체(spliceosome)를 구성하여 이어맞추기 과정에 참여한다.
RNA 이어맞추기(RNA splicing)에 관여한다.
2.8. snoRNA
작은(소형) 인 RNA, small nucleolar RNA, snoRNA주로 rRNA에 수정을 가할때 가이드 역할을 하는 RNA이다. pre-rRNA에 메틸기를 붙이거나 Uridine을 Pseudourinine으로 바꾸는 과정이 일어나는데 (pre-rRNA에 2'-O-ribose Methylation 이나 Pseudouridylation을 가함) 이때의 가이드 역할을 주로 수행한다.
2.9. piRNA
파이 결 RNA, Piwi-interacting RNA, piRNA상대적으로 염기서열이 좀 더 길며, 유전자의 발현을 조절한다. PIWI 단백질을 특정 RNA로 가이드 하는 역할을 하여 Gene silencing에 관여한다. small rcRNA중 가장 범위가 젋고 최근 연구되어 상대적으로 밝혀진 바가 적다.
3. 여담
뉴클레이스 중 RNA를 자르는 RNase는 분명 단백질이지만 이상할 정도로 구조가 안정적이다. 강산이나 강염기 처리를 해도 실험용 pH로 돌아오면 구조가 복원되고 150도로 가열해도 상온으로 돌아오면 다시 활성화된다. 이 때문에 RNA 실험용 플라스틱 기구는 특별히 처리한 RNase-Free를 사용해야 하며, 유리로 만든 실험기구는 240도에서 4시간 이상 가열하거나 발암성이 있는 DEPC 수용액 등에 24시간 담가두어 RNase를 완전히 파괴해야 한다. 그렇지 않으면 RNA를 추출해도 RNase가 몽땅 분해해 버려 실험결과를 얻을 수 없게 된다.4. 같이 보기
[1]
탄소가 5개인
당류
[2]
small interfering RNA(siRNA)처럼 이중가닥 RNA도 존재한다.
[3]
리보스의 2번 탄소의 -OH기가 -H로 치환된다.
[4]
역전사 효소를 가지고 있어, 자신의 RNA로 DNA를 합성하고 합성한 DNA를 숙주의 DNA에 끼워 넣는다.
[5]
위 기술의 암 치료에 대한 설명은
항암제문서의 문단 참조
[6]
가령
화이자 백신은 권장 온도가 영하 70°C이다.
[7]
엑손 뒤섞기라는 기전이 존재한다
[8]
mRNA의 코돈과 상보적 결합을 이룬다. ex) 코돈 5'-AUG-3'는 안티코돈 5'-CAU-3'와 결합한다.
[9]
메사이오닌 아미노기와
개미산이 펩타이드 결합으로 붙은 거.
[10]
이때 이 tRNA는 90도 빙 구부러져서 꼬리에 붙은 아미노산을 앞에 있는 펩타이드 쪽으로 갖다붙인다.
[11]
chromatin은 진핵세포내 DNA와 히스톤단백질의 복합체이다.
[12]
메틸레이션 된 사이토신은 타이민으로 치환될 확률이 높아진다.