유전암호란 무엇인가

유전암호의 번역

3중 염기 암호

유전암호의 가장 중요한 특징 몇 가지를 구체적으로 말한다면, 유전 메세지는 '3중 염기이며, 겹쳐져 있지 않으며, 쉼표도 없고, 중복되어 있으며, 광범위하게 통용되는 암호' 안에 들어 있다고 할 수 있습니다. 이 용어들은 각각 암호가 번역되는 방법을 설명하는 명확한 의미를 지니고 있습니다.

 

3중 염기 암호란, 하나의 아미노산을 지정하는 데에는 3개의 염기로 된 염기서열[코돈]이 필요하다는 것을 의미합니다. 유전암호는 네 가지 염기로 이루어진 DNA 언어를, 단백질 내에서 발견되는 20가지의 보편적인 아미노산 언어로 번역해야만 합니다. 만약 염기들과 아마노산들이 1:1의 관계에 있다면 염기 네 가지로 네 종류의 아미노산만을 암호화할 수 있을 것이고, 모든 단백질들은 이 네 가지 아미노산들로만 조합된 것이어야 할 것입니다. 만약 염기 2개로 코돈을 만든다고 하면, 그 가능성은 16가지의 아미노산들이 가능하지만, 이것도 여전히 충분하지는 않습니다. 따라서 코돈의 길이는 적어도 염기 3개 정도는 되어야 한다고 추측할 수 있습니다. 

 

겹쳐져 있지 않음 이란 용어는, 연속되어 있는 코돈들 간에는 공유되어 있는 염기가 없다는 것을 의미합니다. 즉, 라이보솜이 mRNA를 따라서 이동할 때에는 한 번에 염기 1개나 2개만큼 이동하는 것이 아니라, 3개씩 이동합니다. 만약 라이보솜이 mRNA를 따라서 한 번에 3개 이상의 염기만큼 이동한다면 이런 상황은 '구두점 있는 암호'라고 불릴 것입니다. 코돈들 사이에는 중간에 끼어 있는 염기들이 존재하지 않기 때문에 암호는 쉼표가 없는 셈입니다.

 

중복성 암호란, 1개 이상의 3중 염기가 동일한 아미노산을 암호화할 수 있다는 의미입니다. RNA 내의 네 가지 염기들로는 64가지의 3중염기가 가능한데, 이것들은 모두 20종의 아미노산을 암호화하거나 세 가지 정지신호 중 하나를 암호화하는 데 사용됩니다. 아미노산 각각은 1개 이상의 코돈을 가질 수 있어서 유전암호는 약간 중복성이 있지만, 1개 이상의 아미노산을 암호화할 수 있는 코돈은 존재하지 않습니다. 만약 코돈이 1개 이상의 아미노산을 암호화한다면, 암호가 명확하지 않게 될 것이며, 단백질 합성 기구는 어떤 아미노산이 서열 내로 삽입되어야만 하는지를 알 수 없을 것입니다. 64가지 코돈은 모두 부여된 의미를 내포하고 있으며, 이들 중 61가지는 아미노산을 암호화하고 나머지 세 가지는 종결 신호로 작용합니다.

유전암호

두 가지 아미노산, 트립토판과 메티오닌은 각각 하나의 코돈만을 갖고 있지만, 나머지 아미노산들은 한 가지 이상의 코돈을 갖고 있습니다. 류신과 아르지닌의 경우처럼, 하나의 아미노산이 6가지의 코돈을 갖고 있을 수도 있습니다. 처음에는, 유전암호란 아미노산들을 암호화하는 염기들이 무작위로 선별된 것이라고 생각하였습니다. 

 

동종폴리뉴클레오타이드를 인공 합성하여 실험실 시스템에서의 폴리펩타이드 합성을 위한 mRNA로 사용하면, 동종폴리펩타이드가 만들어집니다. 폴리 U로 된 mRNA로는 폴리페닐알라닌이 만들어집니다. 폴리 A로 된 mRNA로는 폴리라이신이 형성됩니다. 폴리 C로 만들어지는 것은 폴리프롤린이며, 폴리 G의 생성물은 폴리글라이신임이 확인되었습니다.

 

교대로 되어 있는 공동 중합체를 mRNA로 사용하면, 생성되는 물질은 교대로 되어 있는 폴리펩타이드입니다. 예를 들어, 폴리뉴클레오타이드의 서열이 -ACACACACACACACACACACACAC- 이면, 만들어지는 폴리펩타이드는 트레오닌과 히스티딘이 교대로 되어 있습니다. 이 폴리뉴클레오타이드에는 두 가지 암호화 3중 염기가 있습니다. 만약 유전암호가 2중 염기라면, 생성물은 동종폴리펩타이드 두 가지가 섞여 있는 혼합물이었을 것입니다.

 

코돈의 배정에 대해 남아 있는 의문들을 해결하기 위해서는 다른 방법들이 필요합니다. 가장 유용한 방법들 중 하나가 필터-결합 분석법입니다. 이 기술은, 라이보솜과 합성 트라이뉴클레오타이드들을 필터에 결합시킨 다음 여기에 다양한  tRNA 분자들을 섞습니다. tRNA 혼합물을 필터를 통해 통과시키면, 이들 중 일부는 결합하고 나머지는 그대로 통과됩니다. 만약 방사는 표지가 필터에서 검출된다면, 특정한 tRNA가 결합되었다는 것을 알 수 있습니다. 방사는 표지가 필터를 통해 흘러나온 용액 내에서 발견된다면, tRNA는 결합되지 않은 것입니다. 

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌