[분자생물학] 18.2 : 번역 신장 (translation elongation) - 3rd step

 

 

이번 포스트에서는 번역 신장의 3번째 단계에 대해 알아보자.

 

 

 

앞서 살펴 두 step이 완료되고 나면 ribosome은 peptidyl-tRNA를 A site에 가지고 있고, P site에는 deacylated tRNA가 존재하고 있음. 이 때 elongation의 3번째 step으로 translocation이 일어나야 함. 이 때의 translocation은 mRNA와 peptidyl-tRNA를 한 codon length만큼 움직여주는 작업을 뜻함. 이 과정이 일어나면 peptidyl-tRNA는 P site에 위치하게 되고 deacylated tRNA는 E site로 이동한 뒤 ribosome으로부터 eject됨. 이 과정에는 EF-G factor가 매우 중요하게 작용하며, 특히 EF-G와 함께 붙어 있던 GTP가 hydrolysis되면 translocation이 유발됨과 동시에 EF-G의 release가 일어나게 됨.

 

 

 

 

 

이와 관련된 기본적인 실험 결과가 위 표에 제시되어 있음. 이 때는 여러 조합으로 factor들을 넣어주면서 tRNA가 release되는 정도가 어떻게 변하는지를 관찰함.

 

 

보면 아무 것도 넣어주지 않았을 때는 ribosome으로부터의 tRNA release가 거의 일어나지 않음. 다음으로 GTP만 넣어줬을 때, EF-G만 넣어줬을 때는 아주 minimal하게 tRNA release가 일어남. 반면 EF-G와 GTP를 같이 넣어주게 되면 tRNA release가 상당히 많이 일어남. 이를 통해서 EF-G와 GTP 둘 다가 tRNA release에 직접적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있음. 참고로 맨 아래에는 EF-G와 함께 non-hydrolizable GTP를 넣어줬는데, 이 때는 정상 GTP와 EF-G를 넣어줬을 때보다 tRNA release 정도가 줄어듬. 다만 이 결과만으로 tRNA release에 GTP hydrolysis가 직접적으로 중요하다고 말하기는 어려움. 다만 GTP hydrolysis가 tRNA release에 어떤 식으로든 '영향을 끼친다'고는 생각할 수 있음.

 

 

 

 

위 그림은 실제로 translocation 현상의 kinetics를 관찰한 결과를 보여주고 있음. 특히 (b)를 보면 일반적으로 가수분해가 잘 일어날 수 있는 GTP를 썼을 때에 비해 가수분해가 일어나지 못하는 caged GTP 혹은 아예 인산기가 떨어져 있는 GDP를 넣어준 경우에 translocation이 훨씬 느리게 일어남. 이를 통해 GTP의 hydrolysis가 ribosome을 움직이는 translocation에 중요하게 작용한다는 것을 알 수 있음. (적어도 GTP hydrolysis가 translocation을 가속시킨다고는 이야기할 수 있음)

 

 

 

 

 

한편 앞서 살펴봤던 EF-Tu-tRNA와 EF-G 간에는 상당한 구조적 유사성이 있음. (위 그림 좌측이 EF-Tu(위)와 tRNA(아래)가 만나 이루는 complex를 나타내주고 있고 위 그림 우측이 EF-G를 나타내주고 있음) 심지어 이들은 거의 동일한 부분에 GTP binding site도 가지고 있음. 이러한 구조적 유사성 때문에 이들 둘은 동일한 ribosomal GTPase center에 결합하게 됨.

 

 

 

 

 

위 그림에 binding site의 유사성이 나타나 있음. 참고로 EF-G 같은 경우에는 앞서의 구조 그림에서도 나와 있듯이 내부에 tRNA와 매우 유사한 구조를 가지고 있어서 이 구조가 원래 tRNA가 붙는 A site와 잘 fitting된 채로 결합하게 됨.

 

 

 

 

 

ribosome에 의한 protein 합성 과정은 아래와 같은 dynamic한 과정임.

 

 

 

 

보면 우선 (a)에서와 같이 P, A site에 있는 amino acid들끼리 peptidyl transfer가 일어나고 나면 이후 P site에 있던 tRNA가 기울어서 large subunit의 E site 부근에 위치하게 되면서(다만 여전히 small subunit의 P site에 위치) P/E hybrid state로 돌입하게 됨. 한편 A site에 있던 tRNA도 마찬가지로 기울어서 A/P hybrid state로 돌입하게 됨. 이런 상태에서 EF-G가 들어오고 GTP hydrolysis가 일어나게 되면 EF-G에 의해 small subunit의 rotation이 일어나게 되고 그 결과 small subunit도 한칸씩 밀려 앞서의 tRNA들이 각각 완전한 E site, P site에 위치하게 됨. 이후 E site에 있는 tRNA는 release되면서 한 cycle이 마무리됨. 참고로 이 때 EF-G에 의한 rotation은 마치 아래 톱니바퀴 motion과 같음.

 

 

 

 

즉, EF-G에 의한 rotation은 한 방향으로밖에 일어나지 못함. 이 때문에 (d) 상태에서 EF-G에 의해 다시금 (c) 상태로 돌아가는 일은 일어나지 않음.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 번역의 종결 과정에 대해 자세히 살펴보자.