RNA
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리보핵산(Ribonucleic acid) 또는 RNA는 오탄당의 일종인 리보스를 기반으로 뉴클레오타이드를 이루는 핵산의 한 종류이다. 하나의 나선이 길게 꼬여 있는 구조를 지니며 DNA의 일부가 전사되어 만들어진다. RNA는 단백질을 합성하는 과정에 작용하며 일부 바이러스는 DNA 대신 RNA를 유전물질로 갖기도 한다. 핵염기로 DNA와 달리 티민 대신 우라실을 갖는다. [1] 최근 RNA 스스로 효소와 같은 기능을 가질 수도 있음이 발견되었다. 이것을 리보자임(ribozyme)이라 한다.
구조
RNA는 오탄당인 리보스를 기반으로 사슬구조를 이룬다. 오른쪽 그림에서와 같이 리보스에 있는 다섯개의 탄소에 번호를 붙였을 때 1번 탄소가 핵염기와 연결되며(이 그림의 경우 구아닌) 3번과 5번은 인산에 연결된다. 1번 탄소에 연결되는 핵염기는 구아닌 이외에도 아데닌, 우라실, 시토신이 있다. 인산은 당과 당 사이를 연결하여 사슬을 이룬다.[2]
핵염기는 보통 다음과 같은 약자로 쓰인다.
- A - 아데닌
- G - 구아닌
- U - 우라실
- C - 시토신
핵염기는 수소결합에 의해 서로 짝을 이루어 결합할 수 있다. 아데닌은 우라실(DNA의 경우 티민)과 구아닌은 시토신과 상보적인 짝을 이룬다.[1]
종류
RNA는 분자구조와 생물학적 기능에 따라 세가지로 나뉜다.[3]
- rRNA(리보솜 RNA ribosomal RNA): 리보솜을 구성하는 RNA이다.
- mRNA(전령 RNA messenger RNA): DNA의 유전 정보를 옮겨적은 일종의 청사진 역할을 한다. 이를 기본으로 하여 리보솜에서 단백질을 합성하게 된다. 이를 세부분으로 나누면, (Poly) cap, Polyadenyl, translation sequence(실제 번역되는 부분) 으로 나뉜다.
- tRNA(운반 RNA transfer RNA): mRNA의 코돈에 대응하는 안티코돈을 가지고 있으며, 꼬리쪽에는 해당하는 안티코돈에 맞추어 tRNA와 특정한 아미노산을 연결해 주는 효소에 의해 안티코돈에 대응하는 아미노산을 달고 있다.
- miRNA(마이크로 RNA micro RNA): 생물의 유전자 발현을 제어하는 역할을 하는 작은 RNA로, mRNA와 상보적으로 결합해 세포 내 유전자 발현과정에서 중추적인 조절인자로 작용한다
역할
바이러스와 같은 일부 미생물에서 RNA는 유전자로서 기능한다. 그러나, 대부분의 진핵생물과 다세포생물은 DNA가 유전자의 역할을 하고 RNA는 단백질 형성 과정을 맡는다.[4]
단백질 형성과정
세포에서 이루어지는 단백질의 형성에는 DNA, RNA와 리보솜, 효소등이 관여한다. 단백질의 형성과정은 다음과 같다.[4]
- DNA에서 mRNA가 전사된다. 동시에 세포 내에서는 아미노산 활성화 효소에 의해 tRNA에 아미노산(amino acid)이 부착된다.
- mRNA의 뉴클레오타이드는 3개씩 짝을 이뤄 하나의 아미노산을 지정한다. 예를 들어 UUU(우라실-우라실-우라실)는 페닐알라닌을 지정한다.
- 전사된 mRNA가 리보솜의 소단위체(small subunit)에 부착된다.
- 1. 번에서 아미노산이 부착된 tRNA가 mRNA의 지정된 염기서열의 뉴클레오타이드에 부착된다.(오른쪽 그림의 첫 단계)
- 리보솜의 큰 단위체(large subunit)가 소단위체(small subunit)와 결합한다.
- mRNA의 다음 염기서열과 짝을 이루는 tRNA가 리보솜에 들어오고 여기에 부착된 아미노산은 앞의 tRNA에 부착된 아미노산과 결합한다.(오른쪽 그림의 두 번째 단계)
- mRNA의 염기서열이 끝날 때까지 위 과정이 반복되면 긴 아미노산 사슬이 형성된다. 이것이 단백질이다. 단백질은 효소에 의해 접혀 적절한 모양을 갖추게 된다.(오른쪽 그림의 끝 단계)
- 세포 내에는 수많은 리보솜이 있어 하나의 mRNA를 이용하여 동시에 작업할 수 있다.
전사와 mRNA 생성
이 부분의 본문은 전사 (생물학)입니다.
DNA의 유전자의 염기서열에 상보적인 뉴클레오타이드를 순서대로 연결하여 RNA 사슬을 형성하는 중합반응을 전사라 한다. 전사의 과정에는 RNA 중합 효소가 관여한다. RNA 중합효소는 DNA 염기서열 중 전사를 시작할 곳을 찾아 DNA의 이중나선을 열고 두 가닥 중 한쪽을 사용하여 상보적인 염기서열대로 mRNA를 전사한다. 전사의 종료를 알리는 지점까지 도달하면 전사를 마치고 DNA 이중나선을 닫는다. 전사의 시작 지점을 알리는 DNA의 위치는 프로모터(promoter)라 하는데 전사 시작을 알리는 특정 염기서열과 첫 번째로 전사될 염기 및 전사를 조절하는 염기서열로 구성되어 있다. [3]
코돈
이 부분의 본문은 코돈입니다.코돈은 mRNA에서 하나의 아미노산을 지정하는 세개의 뉴클리오드 염기 순열이다. 생물의 단백질을 이루는 아미노산은 모두 20종으로 이를 지정하는 mRNA의 코돈은 아래의 표와 같다.[4]
| 아미노산 | 코돈 | 아미노산 | 코돈 |
|---|---|---|---|
| 페닐알라닌 | UUU, UUC | 류신 | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG |
| 이소류신 | AUU, AUC, AUA | 메티오닌 | AUG |
| 발린 | GUU, GUC, GUA, GUG | 세린 | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| 프롤린 | CUU, CUC, CUA, CUG | 트레오닌 | AUU, AUC, AUA, AUG |
| 알라닌 | GCU, GCC, GCA, GCG | 티로신 | UAU, UAC |
| 히스티딘 | CAU, CAC | 글루타민 | CAA, CAG |
| 아스파라긴 | AAU, AAC | 리신 | AAA, AAG |
| 아스파르트산 | GAU, GAC | 글루탐산 | GAA, GAG |
| 시스테인 | UGU, UGC | 트립토판 | UGG |
| 아르기닌 | CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | 글리신 | GGU,GGC, GGA, GGG |
mRNA 순열중 UAA, UAG, UGA 는 아미노산 연결 종료를 지시한다.
tRNA
tRNA는 75 - 95개의 뉴클레오타이드로 이루어진 작은 RNA 분자이다. 비교적 짧은 RNA 사슬이 접혀있는 모습을 갖고 있다. tRNA의 주요 역할은 리보솜에 들어온 mRNA에 따라 아미노산을 연결하는 것이다. 아미노산이 20종 이므로 세포 속에 있는 tRNA의 종류도 20종이다. tRNA의 말단은 아미노산과 연결되어 있고 접혀있는 특정 부분은 안티코돈이 된다. 예를 들어 왼쪽 그림의 페닐알라닌 tRNA의 안티코돈은 AAG로 리보솜에서 mRNA의 UUC코돈과 연결된다. (RNA 핵염기의 상보성은 A(아데닌)-U(우라실), G(구아닌)-C(시토신)이다)[3]
진화
생명체는 처음에 RNA로 유전 물질을 전달했을 것으로 추정된다. RNA는 DNA보다 불안정하기 때문에, 후에 유전 물질을 담당하는 역할이 DNA로 넘어갔을 것으로 생각된다. 생명의 탄생 초기에 유전 물질이 RNA로 구성되어 있을 것으로 예상되는 시기의 상태를 RNA 세상(RNA World)라 한다.
주석
- ↑ 가 나 조지 B 존슨, 전병학 역, 생명과학, 동화기술, 61 - 62쪽
- ↑ Lee JC, Gutell RR (2004). "Diversity of base-pair conformations and their occurrence in rRNA structure and RNA structural motifs". J. Mol. Biol. 344 (5): 1225–49. doi:10.1016/j.jmb.2004.09.072. PMID 15561141.
- ↑ 가 나 다 박상대, 《분자세포생물학》, 아카데미서적, 2006
- ↑ 가 나 다 《생명의 파노라마》(말론 호아글랜드, 버트 도드슨, 황현숙 역, 사이언스북스, 2001 ISBN 89-8371-050-0).
