1-7. 단백질을 만드는 메커니즘, 세포와 유전자는 바로 여러분 기업이다

생명이 되기 위한 세포의 두 번째 역할은 우리 인간 각 기관(Organ)에서 필요한 신진대사(또는 에너지 대사)를 위한 새로운 물질, 특히 단백질을 만드는 일이다. 이 단백질을 어떻게 만드는지 한번 살펴보고자 한다.  

1-7-1. 유전자 암호(코돈, Codon=Genetic Code)
 

분자모델에서 시작하여 오늘날 밝혀진 당(s), 인산(p) 및 4종류의 염기(bases)들로 구성된 뉴클레오티드(Nucleotide)가 DNA 분자를 구성, 한쪽이 A이면 다른 쪽은 T가 된다고 했다. A->T, T->A, C->G, G->C로 짝을 이룬다. 이를 상보성(complementarity) 염기라고 했다. 이 하부구조인 뉴클레오티디는 DNA의 근본이 되는 요소이며 네 종류의 염기가 있으므로 네 종류의 뉴클레오티드가 있게 된다.

20 종류의 아미노산과 수천 종류의 단백질을 어떻게 네 개의 뉴클레오티드만을 가지고 만드는지 의문이 들지도 모른다. 그러나 이것은 어려운 일이 아니며 단지 코드화의 문제일 뿐이다. 유전자의 코드(암호,Genetic Code)는 염기 3개로 하나의 아미노산을

지정한다는 것이 밝혀졌다.   이 세 개로 이루어진 뉴클레오티드 한 벌을 코돈(Codon)이라고 부른다. 따라서 네 종류의 염기에서 3종류의 뉴클레오티드 배열을 선택하는 조합은 64가지(4x4x4, 4의 3승)가 되므로 20종의 아미노산을 만들고도 충분히 남는다.

1967년에 코라나(Har Gobind Khorana, 1922-)²⁵⁷⁾, 니런버그(Marshall Nirenberg, 1927-)²⁵⁸⁾ 및 홀리(Robert W. Holley, 1922-1993)²⁵⁹⁾는 64개의 코돈이 각각 어떤 아미노산을 만드는가 하는 유전자 코드를 완전히 해독했다. 이들의 연구에 의하여 코돈과 아미노산의 관계에 관한 해독표를 만들 수 있게 된 것이다. 이 코드는 모든 생물체에 동일하게 적용된다. 이들 세분은 이 유전자 코드의 발견 및 단백질 합성에서의 유전자 코드 역할(for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis )을 인정 받아 1968년 노벨 생리의학상을 수상하게 된다.²⁶⁰⁾ 이들의 공로 덕분에 염기서열 재조합으로 품종개량을 한 ‘유전자 재조합 작물’이 생겨나고, 이울러 해명된 범위의 염기서열 수준에서 행해지는 유전자 치료가 시작된 것이다.

아미노산은 DNA에서 mRNA로 전사(Transcription)된 정보를 토대로 만들어지기 때문에, 유전 암호의 해독표인 유전자암호(코돈)는 보통 mRNA의 염기배열을 토대로 만들어진다. 단, 자기복제와 마찬가지로, C->G, G->C, T->A로, 서로 쌍을 이루는 상보적인 염기로 전사되지만, A->T가 아니라 우라실(Uracil)로 전사된다는 점이다.

DNA의 염기배열이 모두 다 아미노산을 지정하는 것은 아니다. 예를 들면 막 전사된 mRNA에는 아미노산의 암호와 관계없는 불필요한 것, 즉, 인트론(Intron)이 포함되어 있기 때문에, 코돈 안에는 ‘여기서부터 읽어라’라든가, ‘여기서 읽기 끝’ 등의 의미를 지닌 것이 필요하다.

전자는 AUG로 개시코돈이라 불리고, 후자는 UAA, UAG, UGA의 3개로 종지코돈이라 불린다. 실은 AUG는 메티오닌이라는 아미노산을 지정하고 있는 코돈과 같다. 하지만 종지코돈은 아미노산을 지정하고 있지 않다. 즉 모든 단백질합성은 메티오닌에서 시작하여 종지코돈에서 끝나는 것이다. 합성이 끝난 후에 이 메티오닌은 잘라져 나간다.