유전 부호

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, 파이썬의 네이티브 AOT 컴파일러에 대한 내용은 codon 문서

참고하십시오.

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1. 개요2. 코돈3. 종류

3.1. 개시 코돈3.2. 종결 코돈3.3. 안티코돈(역코돈)

4. 여담5. 관련 문서6. 외부 링크

1. 개요

유전 부호(genetic code) 또는 유전 암호는 각 코돈(codon)이 어떤 아미노산을 부호화(encoding)할지를 정해놓은 규칙이다.

해석할 수 없게 암호화(encryption)시켜 놓은 게 아니기 때문에 사실 유전 암호라는 번역은 잘못된 것이다. 즉 모스 부호, 아스키 코드 같은 부호(code)화 시스템이지, 엄밀히 말해 AES나 RSA 같은 암호화 시스템(cryptosystem)이 아니다.[1]

유전 부호에 속하는 하나하나의 부호(code)를 코돈(codon)이라고 부른다.

2. 코돈

Codon

단백질의 아미노산을 지정하는 RNA의 유전 정보로, 아미노산을 지정해 주는 부호(code)이다. 그 이름도 유명한 프랜시스 크릭의 뇌피셜로 시작된 가설에서 결국 사실로 밝혀진 대표적인 사례. 네이처 논문 원문 링크

mRNA [2]를 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. 컴퓨터로 빗대면 생물의 설계 정보를 기술하는 기계어나 어셈블리어 같은 셈.

RNA를 구성하는 염기는 유라실(Uracil)[3], 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.[4] 생물체를 구성하는 단백질의 아미노산(구성 아미노산)은 총 20종류이므로, 서로 다른 코돈이 하나의 아미노산을 지정할 수 있다.

코돈	→ 두 번째 염기
↓ 첫 번째 염기(5' 말단)	U	C	A	G	↓ 세 번째 염기
U	UUU Phe UUC Phe UUA Leu UUG Leu	UCU Ser UCC Ser UCA Ser UCG Ser	UAU Tyr UAC Tyr UAA Stop UAG Stop	UGU Cys UGC Cys UGA Stop UGG Trp	U C A G
C	CUU Leu CUC Leu CUA Leu CUG Leu	CCU Pro CCC Pro CCA Pro CCG Pro	CAU His CAC His CAA Gln CAG Gln	CGU Arg CGC Arg CGA Arg CGG Arg	U C A G
A	AUU Ile AUC Ile AUA Ile AUG Met	ACU Thr ACC Thr ACA Thr ACG Thr	AAU Asn AAC Asn AAA Lys AAG Lys	AGU Ser AGC Ser AGA Arg AGG Arg	U C A G
G	GUU Val GUC Val GUA Val GUG Val	GCU Ala GCC Ala GCA Ala GCG Ala	GAU Asp GAC Asp GAA Glu GAG Glu	GGU Gly GGC Gly GGA Gly GGG Gly	U C A G

유전 부호 표 (RNA 코돈 표)

약간의 차이가 있는 생물[5]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 짝수 종류의 코돈이 암호화하며, 대부분 2종류나 4종류의 코돈이 암호화한다. 류신, 세린, 아르기닌은 6종류의 코돈으로 암호화된다. 홀수 종류의 코돈이 암호화하는 아미노산은 총 3개이다. 메티오닌(AUG)과 트립토판(UGG)은 대응 코돈이 한 개씩밖에 없다. 이소류신은 3종류의 코돈이 암호화한다.

특별한 코돈으로 개시 코돈(AUG)[6]과 종결 코돈(UAA, UAG, UGA)이라는 것이 있다. 종결 코돈은 별도의 아미노산을 지정하지 않는다.

3. 종류

3.1. 개시 코돈

start codon
'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 메티오닌(Methionine, Met)을, 원핵생물에서는 변형된 메티오닌인 N-포르밀메티오닌(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.

만약 원래 메티오닌으로 시작하지 않아야 하는 단백질이면 일단 메티오닌으로 시작하고 단백질이 완성되면 맨 앞에 붙어 있던 메티오닌을 떼낸다.

3.2. 종결 코돈

Stop Codon, Nonsense Codon
단백질 번역의 끝을 알리는 코돈. UAA, UAG, UGA의 세 종류가 있다. ~~우아아 우악 우가~~[7]

종결 코돈에는 대응하는 tRNA가 없고 대신 '종결 인자'라는 단백질이 붙으며[8], 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.

3.3. 안티코돈(역코돈)

anticodon
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. ~~어라?~~

이게 재미있는 특성인 것이, 워블 짝짓기(Wobble base pair)라는 특성[9]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.

4. 여담

같은 아미노산을 지정하는 여러 코돈의 경우, 생물마다 사용하는 코돈 빈도가 차이가 나는데, 이를 코돈 편향이라고 한다. 예를 들면 류신을 지정하는 코돈으로 어떤 생물은 UUA를 주로 사용하지만 다른 생물은 UUG를 주로 사용할 수 있다는 점.

5. 관련 문서

6. 외부 링크

[1] 부호는 해당 부호의 체계만 알면 누구나 해석 가능하고 해석이 용이해야 하는 것이지만, 암호는 그 체계와 상관 없이 암호화에 사용된 특정 키(key)를 모르면 해석이 불가능하고 오히려 해석이 불가능하게 만드는 것이 목적이다. 지금 당장 아무나에게 모스 부호 코드북을 주면 평문을 모스 부호로 만들고 그 반대도 가능하겠지만, AES 암호화의 이론이 담긴 책을 던져주고 아무도 모르는 개인 키로 암호화된 암호문을 평문으로 복호화 하라고 하면 슈퍼컴퓨터를 가져다 줘도 불가능 할 것이다.[2] 보통 DNA에서 전사된 RNA이다.[3] DNA에서는 타이민(Thymine)을 사용한다.[4] 한 개의 염기와 두 개의 염기로 이루어지게 된다면 각각 4종류, 16종류가 만들어지므로 모든 아미노산을 표시할 수 없다. 세 개의 염기로 묶어 64가지의 종류가 될 때 비로소 모든 아미노산을 표현할 수 있게 된다.[5] 진핵생물은 AUG가 Met(메티오닌)을 지정하지만, 진정 세균의 AUG는 fMet(포밀 메티오닌)를 지정한다.[6] 메티오닌을 지정한다.[7] 고등학교 통합과학이나 생명과학2를 공부하면 종결코돈을 배우는데, 이때 이런 식으로 외우라는 선생님들도 있다.(의성어)[8] 따라서 지정하는 아미노산이 없다.[9] 이것도 프랜시스 크릭이 찍었다!!! 그냥 tRNA 개수가 적다는 것만 가지고!