mRNA 기술의 이해(1). 단백질, 그리고 단백질 합성
[작성일 : 2021년 7월 26일]
코로나19 팬데믹이 지속되고 있습니다. 다행히도 바이러스를 진단하는 기술, 예방하는 기술, 그리고 치료하는 기술도 빠르게 발전하고 있습니다. 이 중 바이러스를 예방할 수 있는 기술로는 mRNA 백신이 대표적인데, 혁명적인 기술이라고 합니다. 이 mRNA 기술을 왜 혁명적이라고까지 하는지 이번 포스팅부터 차근차근 이해해 보도록 하겠습니다. 먼저 단백질부터 시작합니다.
글의 순서
단백질과 아미노산
단백질의 합성과 리보솜
단백질의 합성 과정
단백질과 아미노산
mRNA에 대해 이해하기 위해서 우리에게 익숙한 단백질부터 살펴보겠습니다. 생명체를 구성하는 주요 화합물에는 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산이 있습니다. 인간의 몸도 물, 탄수화물, 단백질, 그리고 지방으로 구성되어 있습니다. 이들 성분의 비율은 각각 55~65%의 물, 1% 이하의 탄수화물, 14~18% 이상의 단백질, 2% 이상의 지방입니다. 실제로 지방은 15~30%이상 까지도 차지하고 있습니다. 이 중 단백질은 인체의 필수 조직을 구성할 뿐 아니라 대사를 조절하는 역할을 담당하는 물질입니다. 따라서 우리의 생명이 유지되기 위해 단백질은 반드시 필요합니다.
우리의 생명을 유지하기 위해 반드시 필요한 단백질은 어떻게 우리 몸이 가지고 있는 것일까요? 음식으로 섭취하거나, 우리 몸에서 직접 만드는 과정을 통해 단백질을 체내에 보유하게 됩니다.
단백질의 기본 단위가 아미노산인데요. 아미노산은 필수 아미노산과 비필수 아미노산으로 구분됩니다. 필수 아미노산은 우리 몸에서 합성되지 않기 때문에 반드시 외부에서 섭취해야 하는 아미노산입니다. 필수 아미노산에는 이소루신, 루신, 리신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 발린, 히스티딘 등이 있는데, 이것들은 따로 다뤄보기로 하겠습니다. 지금부터는 우리 몸에서 직접 합성할 수 있는 아미노산 쪽으로 관심을 옮깁니다.
단백질의 합성과 리보솜
세포가 새로운 단백질을 생성하는 과정을 ‘단백질의 합성’이라고 합니다. 세포 내에서 단백질이 손실 되는 만큼 새로운 단백질을 만들게 되는데요. 세포 내의 단백질은 분해되거나, 세포 바깥으로 배출되면서 손실 됩니다.
세포 구조 3D 뷰라는 포스팅에서 핵막 안쪽을 자세히 본 적이 있습니다. 세포는 세포막으로 싸여 있으며, 핵과 세포질로 구성되어 있습니다. 세포에서 가장 중요한 것은 핵입니다. 세포의 생명활동을 조절하는 역할을 하기 때문입니다. 핵은 핵막으로 둘러싸여 있어 세포질과 분리됩니다. 핵막 안에는 유전물질인 DNA와 인(Nucleolus)이 들어 있는데, 인은 리보솜(Ribosomes)을 만듭니다. 리보솜은 단백질과 RNA로 이루어진 아주 작은 알갱이입니다. 리보솜의 단백질은 세포질 속에서 다른 단백질들을 합성하는데 쓰입니다.
단백질의 합성 과정
생물체 내에서 합성되는 단백질은 그 생물의 유전정보를 기반으로 합니다. 이번 포스팅에서는 단백질 합성 공장으로도 불리는 리보솜에서, 어떤 과정으로 단백질을 합성하는지를 간략하게 살펴보도록 하겠습니다.
세포 내의 핵에서 DNA가 유전 정보를 제공하면 메신저 RNA(mRNA)가 그 정보를 받은 후, 수송 RNA(tRNA)에게 전달합니다. mRNA가 유전 정보를 받는 과정은 핵 내에서 일어나며, 유전 정보를 가진 mRNA가 핵공을 통해 세포질로 이동한 후, 수송 RNA에게 이 정보를 전달합니다. 이렇게 전달된 유전 정보를 이용하여 리보솜에서 펩타이드 사슬을 만들게 되는데, 펩타이드 사슬이 단백질입니다.
마치며 …
코로나19 팬데믹이 지속되고 있습니다만, 다행인 것은 바이러스를 진단하는 기술, 예방하는 기술, 그리고 치료하는 기술도 빠르게 발전하고 있다는 것입니다. 이 중 바이러스를 예방할 수 있는 기술로는 mRNA 백신이 대표적입니다. 혁명적이라고까지 합니다.
이 포스팅에서는 mRNA 기술을 차근차근 이해해보기 위한 첫 단계로 단백질에 대해 살펴봤습니다. 우리 몸의 단백질은 외부에서 공급해야하는 필수 아미노산과, 체내에서 합성되는 것으로 구분할 수 있습니다. 단백질의 합성은 무작위적인 것이 아니라 DNA의 유전정보에 따라 수행됩니다. 간략하게 요약해보면, DNA의 유전정보가 메신저 RNA(mRNA)에게 전달되고, mRNA는 이것을 다시 수송 RNA(tRNA)에게 전달합니다. 이렇게 전달된 유전정보는 리보솜에서 단백질을 합성하는 데 쓰입니다. 단백질 합성 과정을 다음 포스팅에서 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
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참고자료
[1] [네이버 지식백과] 단백질과 근력 운동 (운동가이드, 이기호)
[2] [네이버 지식백과] 단백질 합성 과정 (Basic 고교생을 위한 생물 용어사전, 2002. 2. 5., 이병언)
[3] [위키백과] 단백질 생합성
[4] 황정은,(2013). 리보솜에서의 단백질 합성과정 밝혀, 사이언스타임즈