코돈

1 개요

Codon

단백질의 아미노산을 지정하는 RNA의 유전 정보로, 아미노산을 지정해 주는 암호이다. 우리말로 번역하여 '유전 암호'라고도 한다. 그 이름도 유명한 프랜시스 크릭의 뇌피셜로 시작된 가설에서 결국 사실로 밝혀진 대표적인 사례.

mRNA를 주형으로 하여 단백질을 합성하는 번역 과정에서 이 코돈에 따라 순서대로 지정된 아미노산이 결합하게 되며, 이후 단백질 접힘 등의 변화 과정을 거쳐 완전한 기능을 수행하는 단백질이 된다. 쉽게 말해, 디지털의 비트가 0과 1의 나열에 따라 특정 정보를 표시하는 것처럼, DNA의 염기가 나열됨에 따라 특정 아미노산을 지정하는 것이다. 그리고 이 나열을 염기 서열이라고 부른다.

RNA를 구성하는 염기는 유라실(Uracil)[1], 구아닌(Guanine), 사이토신(Cytosine), 아데닌(Adenine)의 4종류가 있고, 하나의 코돈은 세 개의 염기로 구성되어 있으므로 이론상 코돈은 4×4×4=64종류의 정보를 지정할 수 있다. 생물체를 구성하는 단백질의 아미노산은 총 20종류이므로, 서로 다른 코돈이 하나의 아미노산을 지정할 수 있다.

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RNA 코돈 표.

약간의 차이가 있는 생물[2]도 있지만, 코돈이 지정하는 아미노산은 대부분 그 종류가 동일하다.

위 표에서 볼 수 있듯이 3개의 염기서열로 이루어져 있고 각각의 자리에 가능한 염기는 총 4종류이므로 이론적으로 64개의 코돈이 가능하여 20개의 아미노산을 지정하기에는 충분하고도 남는다.

한 개의 아미노산은 대부분 2종류 내지는 4종류의 코돈이 암호화하며, 특히 류신, 세린, 아르지닌은 6종류의 코돈으로 암호화된다. 한편 메싸이오닌(AUG)과 트립토판(UGG)은 대응 코돈이 한 개씩밖에 없다.

아미노산을 지정하는 코돈 이외에 특별한 코돈으로 개시 코돈(AUG)과 종결 코돈(UAA, UAG, UGA)이라는 것이 있다.

2 종류

2.1 개시 코돈

'시작 코돈'이라고도 하며, 5'-AUG-3'이다. 하지만 예외적으로 일부 박테리아에서 NUG(GUG,TUG,CUG)의 변형된 개시 코돈이 사용된다.

해당 코돈은 진핵 생물에서는 아미노산 메싸이오닌(Methionine, Met)을, 원핵생물에서는 변형된 메티오닌인 N-포르밀메싸이오닌(N-Formylmethionine, fMet)을 지정한다. 이와 함께 이 코돈은 mRNA가 리보솜과 결합해 단백질 번역을 시작하도록 하는 역할 또한 수행하며, 이 때문에 개시 코돈이라는 이름으로도 불린다.

유전자에서 염기 한두 개가 변하는 SNP(Single Nucleotide Polymorphism)이 개시 코돈에서 발생 시 만들어져야 할 단백질이 아예 생성되지 않게 되므로 크나큰 영향을 미치게 된다.

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2.2 종결 코돈

Stop Codon, Nonsense Codon
단백질 번역의 끝을 알리는 코돈. UAA, UAG, UGA의 세 종류가 있다. 우아아 우악 우가[3]

종결 코돈에는 대응하는 tRNA가 없고 대신 '종결 인자'라는 단백질이 붙으며[4], 번역 과정에서 종결 코돈에 도달하면 리보솜의 두 단위체가 분리되어 번역이 종결된다.

아미노산을 암호화하지 않는 코돈이라는 의미로 nonsense codon이라고도 불린다. 아미노산을 암호화하는 나머지 61가지 코돈은 반대로 sense codon. 멀쩡한 코돈이 돌연변이를 일으켜 종결 코돈이 되어 단백질 합성을 종결해 버리는 경우를 nonsense mutation이라고 부른다.

세 종결 코돈은 별칭이 있는데, UAA는 ochre codon, UAG는 amber codon, UGA는 opal codon이라고도 불린다. 이에 따라 앞서 말한 nonsense mutation에서 코돈이 UAA로 변이한 경우를 ochre mutation, UAG로 변이하면 amber mutation, UGA는 opal mutation이라고 부른다. 특히 UAG 종결 코돈은 비천연 아미노산을 이용한 단백질 합성에서 단골로 쓰인다.

2.3 안티코돈(역코돈)

안티코돈(역코돈)은 tRNA의 RNA 사슬을 이루는 특정 구간의 염기 서열이다. mRNA의 코돈은 리보솜에서 번역되어 아미노산을 운반하는 tRNA의 안티코돈과 상보적으로 결합한다. 그런데 코돈과는 달리 안티코돈의 수는 45개이다... 어?

이게 재미있는 특성인 것이, 워블 짝짓기 Wobble base pair라는 특성[5]에 의해 일어난다. 기본적으로는 구아닌-유라실(G-U), 하이포잔틴-유라실(I-U), 하이포잔틴-아데닌(I-A), 하이포잔틴-사이토신(I-C)이 가능한데, 이것 때문에 상당한 절약이 가능하다. 또한 이 특성 때문에 만일 워블 짝짓기하는 tRNA를 정상 짝짓기로 바꾸면 (예를 들어 코돈-안티코돈의 워블 짝짓기 G-U 짝을 정상적인 G-C 짝으로) 더 이상 단백질 합성이 불가능해진다.

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  1. ↑ DNA에서는 티민(Thymine)을 사용한다.
  2. ↑ 진핵생물은 AUG가 Met(메싸이오닌)을 지정하지만, 진정 세균의 AUG는 fMet(포밀 메싸이오닌)를 지정한다.
  3. ↑ 고등학교 생명과학2를 공부하면 종결코돈을 배우는데, 이때 이런 식으로 외우라는 선생님들도 계신다.
  4. ↑ 따라서 지정하는 아미노산이 없다.
  5. ↑ 이것도 프랜시스 크릭이 찍었다!!! 그냥 tRNA 개수가 적다는 것만 가지고!