Codon Table

유전 암호는 축퇴성을 가집니다. 대부분의 아미노산은 2~6개의 코돈으로 암호화됩니다. 류신(Leu)과 아르기닌(Arg)이 각각 6개로 가장 많고, 세린(Ser)도 6개입니다. 메티오닌(Met, AUG)과 트립토판(Trp, UGG)은 각각 1개의 코돈만 가집니다. 3개의 종결 코돈(UAA, UAG, UGA)은 아미노산을 암호화하지 않고 번역 종료를 신호합니다.

1966년 프랜시스 크릭이 제안한 워블 가설은 코돈의 3번째 위치가 반코돈의 1번째 위치와 비표준 염기쌍을 형성할 수 있다는 이론입니다. G는 C 또는 U와, U는 A 또는 G와 쌍을 이루고, 반코돈의 이노신(I)은 U, C, A와 쌍을 이룹니다. 이로써 61개 미만의 tRNA가 61개 센스 코돈을 모두 인식할 수 있는 이유가 설명됩니다.

CAI는 유전자의 코돈 사용이 숙주 생물의 선호 코돈과 얼마나 일치하는지를 측정합니다. CAI = exp(1/L * sum(ln(w_i)))로 계산하며, w_i는 각 코돈의 상대적 적응도, L은 코돈 단위 유전자 길이입니다. CAI = 1.0은 선호 코돈만 사용함을 의미합니다. 0.8 이상이면 고발현, 0.5 미만이면 저발현으로 예측됩니다.

AUG는 이중 역할을 합니다. 번역을 시작하는 범용 개시 코돈(원핵생물에서는 fMet-tRNA, 진핵생물에서는 Met-tRNA가 인식)이면서 단백질 내부의 메티오닌 잔기도 암호화합니다. 리보솜은 원핵생물에서는 샤인-달가노 서열, 진핵생물에서는 코작 합의 서열을 통해 개시 AUG와 내부 AUG를 구분합니다.

세린(Ser, S), 트레오닌(Thr, T), 티로신(Tyr, Y) 세 가지 아미노산이 단백질 인산화효소에 의해 인산화됩니다. 수산기(-OH) 곁사슬이 인산기를 받습니다. 인간 세포에서 인산화의 약 86%는 세린에서, 12%는 트레오닌에서, 2%는 티로신에서 발생합니다. 세균에서는 히스티딘 인산화도 일어납니다.

게놈 GC 함량이 높은 생물(>60%, 예: Streptomyces ~72%)은 3번째 위치에 G 또는 C로 끝나는 코돈을 강하게 선호합니다. 저GC 생물(<40%, 예: Plasmodium ~19%)은 A 또는 U로 끝나는 코돈을 선호합니다. 이 편향은 다른 숙주 생물에서의 이종 발현을 위해 합성 유전자를 설계할 때 반드시 고려해야 합니다.

UGA(Opal)는 mRNA에 SECIS(셀레노시스테인 삽입 서열) 요소가 존재할 때 21번째 아미노산인 셀레노시스테인(Sec, U)을 암호화할 수 있어 독특합니다. 또한 많은 생물의 미토콘드리아 유전 암호에서 UGA는 종결 코돈 대신 트립토판을 암호화하도록 재지정되어, 유전 암호가 진정으로 보편적이지 않음을 보여줍니다.

코돈 최적화는 유전자의 희귀 코돈을 발현 숙주의 동의 선호 코돈으로 교체하여 번역 효율과 단백질 수율을 개선하는 과정입니다. 한 생물(예: 인간)의 유전자를 코돈 사용 패턴이 크게 다른 다른 숙주(예: 대장균)에서 발현할 때 필수적입니다. CAI 점수와 숙주 특이적 코돈 사용 테이블이 최적화 과정을 안내합니다.