분자생물학 (13) - 전사기작

 

RNA 중합효소

 이제 RNA에 대해 다루게 된다. 앞에서 DNA의 복제에 대해 알아보았으니 여기에선 RNA 전사에 대해 살펴보게 될 것이다.

 

 RNA의 전사는 RNA 중합효소(RNA polymerase)에 의해 일어나는데, DNA 중합효소(DNA polymerase)와 기능적으로 상당히 유사하다.

 

 이 둘은 모두 하나의 주형(Template)을 바탕으로 하여 상보적인 (리보)뉴클레오티드를 차례차례 연결하여 긴 사슬을 형성한다.

 

 마찬가지로 이 둘은 진행성이 높은 효소이며, 연속적인 중합이 일어나지만 혹시라도 잘못된 중합이 일어났을 경우 자체적으로 수선도 가능하다. 

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RNA 중합효소의 진행성

 다만 RNA 중합효소의 진행성은 DNA 중합효소에 비하면 많이 떨어지는 편이며, 정확도 역시 DNA 중합효소가 훨씬 더 높다.

 특히 정확성에 대해선 거의 1000배 가까이 차이가 나는데, 이는 어차피 RNA는 잘못 합성하더라도 쉽게 폐기할 수 있기 때문이다. DNA는 잘못 만들어졌다고 하여 폐기할 수 없으니까 애초에 잘 복제하는 것이 중요하다.

 

전사 얼른하고 DNA 다시 닫는다. 

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Primer

 이 외에 큰 차이점으로는 DNA 중합효소는 시발체(Primer)가 필요하지만 RNA 중합효소는 Primer를 필요로 하지 않는다는 점이 있다.

 또 한, RNA 중합효소는 자체적으로 헬리카아제(Helicase) 활성을 갖고 있어 혼자서도 DNA 이중나선을 풀어낼 수 있다.

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한 방향

 그리고 DNA는 복제 개시점에서 양방향으로 중합이 동시에 개시되지만, RNA는 DNA 상의 프로모터 지역으로부터 한 쪽 방향으로만 중합이 일어난다.

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동시성

 또, DNA의 복제에서는 새로 중합된 사슬이 주형 DNA와 새로운 DNA 이중사슬을 형성하지만, RNA의 경우 합성되자마자 곧바로 주형에서 떨어져 나와 독자적인 구조를 취한다.

 

 이 말은 하나의 프로모터에서 여러 RNA 중합효소가 순차적으로 동시에 중합을 시작할 수도 있다는 것을 뜻한다. DNA는 복제 분기점마다 단 한번의 복제만이 허용된다는 것을 알 것이다.

 

 RNA 중합효소는 세균들은 하나의 RNA 중합효소를 가지지만 진핵생물들은 3개의 중합효소를 갖는다. 각각 약자로 PolⅠ, PolⅡ, PolⅢ이라 하는데 마침 세균들의 DNA 중합효소와 약자가 같다(...)

 

 문맥에 맞춰 알아서 잘 이해하는 것이 좋겠다. 구분을 위해 어떤 서적에서는 Pol 대신에 RNAP 라는 단어를 쓰기도 하니 알아두자. 이 포스트에서는 주로 Pol 이라는 약자를 쓰기로 한다. DNA는 pol

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pol ll 가 일반적인 전사체이다.

pol lll 는 작은 RNA들 전사 : tRNA 등

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RNA 종류

 그러면 이쯤해서 RNA의 종류에 대해 잠시 살펴보도록 하자. 자세한 설명이 필요하진 않을 것이다.

 

 우선 고등학교 수준으로, RNA에는 mRNA(Messanger RNA), rRNA(Ribosomal RNA), tRNA(Transfer RNA)의 세 종류가 대표적이다.

1. mRNA = Messanger RNA
2. rRNA = Ribosomal RNA
3. tRNA = Transfer RNA 

 그러나 그 외에도 miRNA(Micro RNA), snRNA(Small-nuclear RNA), siRNA(Small-interfering RNA) 등의 RNA들이 더 존재한다.

1. miRNA = Micro RNA
2. snRNA = Small-nuclear RNA
3. siRNA = Small-interfering RNA 

 

 고등학교에서 miRNA, snRNA, siRNA 등을 배우지 않는 이유는 이들 RNA 조각이 매우 짧고 기능이 불분명하다고 여겨졌기 때문이다.

(지금은 기능이 많이 밝혀진 상태다. 그러면 고등학교에서도 배우나 이젠?)

 

 어쨌거나, 세균의 RNA 중합효소는 한 종류가 저 모든 RNA를 중합한다. 중합도 하고, 중합하는 과정에서 수선도 하고 그러하다.

 

 그러면 진핵생물은 어떤가? 진핵생물은 3종류가 있다고 했다. 

 

 PolⅠ은 5s rRNA를 제외한 rRNA를 중합한다.

 PolⅡ는 mRNA를 중합한다.

 PolⅢ는 tRNA와 5s rRNA를 비롯한 작은 RNA들을 중합한다.

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RNA 중합효소 구조

 RNA 중합효소는 여러 서브유닛으로 구성되어 있는데, 세균에서는 5개, 고세균에서는 11개, 진핵생물에서는 12~16개의 서브유닛으로 구성된다.

 

 하는 역할이 같으므로 세균의 RNA 중합효소와 진핵생물의  PolⅡ는 내부 구조와 활성 부위가 매우 유사한 구조를 가지며 서브유닛들도 비슷한 형태를 갖는 것이 많다.

 

 RNA 중합효소 역시 DNA 중합효소와 마찬가지로 두 개의 Mg2+ 이온을 보결인자(Cofactor)로 사용하는데 이를 통해 RNA의 중합 역시 DNA와 동일한 방식으로 이루어진다고 유추할 수 있다.

 

 하지만 RNA 중합효소는 DNA 중합효소와는 그 구조가 살짝 다른데, DNA 중합효소와는 달리 RNA 중합효소는 중합된 RNA가 별도로 빠져나와야 하기 때문이다.

 

 앞에서 DNA 중합효소가 손(Hand) 모양을 닮았다는 표현을 했다면, RNA 중합효소는 흔히 집게 모양을 닮았다는 표현을 한다.

 

 DNA 중합효소의 활성 부위가 손바닥 부분에 위치하고 있는것과 비슷하게, RNA 중합효소는 집게의 가장 안쪽 틈에 활성부위가 위치한다.

 

 RNA 중합효소의 활성부위에는 하나의 Mg2+ 이온이 위치한다. 그러면 다른 하나는 어디에 있는가? 다른 하나는 리보뉴클레오티드가 첨가될 때 함께 들어온다.

 

 들어와서는요? 들어와서는 피로인산과 함께 방출된다. 그리고 다시 새 리보뉴클레오티드가 들어오면서 다른 Mg2+ 이온이 함께 활성 부위로 들어오는 식이다.

 

 즉, 활성 부위의 Mg2+ 이온은 3' 말단의 히드록시기(-OH)에서 수소를 잡아당겨 부분적으로 음전하를 갖게 된 산소 원자로 인산기를 효과적으로 공격하도록 하는 역할만 수행한다.

 다음 포스트에서는 원핵생물은 건너뛰고 진핵생물의 mRNA 전사 기작에 대해 살펴보도록 한다.

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mRNA 전사

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 프로모터를 인지한다. 이때는 닫힌 프로모터 복합체이며 아직 Double strand이다.

2. DNA를 벌리면 약 15개의 염기가 풀어진다. 열린 모습을 Promoter isomerization 이라고 한다.

3. 10개 정도 중합하고 DNA 주형을 앞으로 당기면서 계속 물고있어야 한다. 프로모터로부터 탈주하면서 하나씩 연장한다.

 

 

 

 

 

 

+1 에서부터 전사가 개시된다.

 

 

-35 : 가장 흔한 서열이라고 한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

알파 linker가 구멍에 박혀서 막고있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

프로모터와 결합하고 있는건 시그마였다. 

따라서 Pol이 시그마를 버리고 결별하는 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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