이 21개의 단백질들은 단순히 구조를 유지하는 것뿐만 아니라, 번역(Translation)의 개시, mRNA와의 결합, tRNA의 정확성 검증 등 매우 중요한 역할을 합니다.
1. 단백질의 명칭과 명명법
- S1 ~ S21: 'S'는 Small subunit을 의미하며, 숫자는 보통 분자량이나 젤 전기영동에서의 이동 속도에 따라 붙여졌습니다.
- 대부분의 단백질은 염기성(Positive charge)을 띠고 있어, 음전하를 띠는 rRNA 골격과 강하게 결합합니다.
2. 조립 순서에 따른 분류 (Nomura Map)
1970년대 마사야스 노무라(Masayasu Nomura) 박사는 이 단백질들이 16S rRNA에 결합하는 순서를 밝혀냈습니다. 이를 조립 지도(Assembly Map)라고 합니다.
- Primary Binders (1차 결합 단백질): 16S rRNA에 직접 결합하여 조립의 핵이 됩니다.
- S4, S7, S8, S15, S17, S20
- Secondary Binders (2차 결합 단백질): 1차 단백질이 결합한 후에만 결합할 수 있습니다.
- S5, S6, S11, S12, S13, S16, S18, S19
- Tertiary Binders (3차 결합 단백질): 구조가 어느 정도 완성된 후에 마지막으로 결합합니다.
- S2, S3, S9, S10, S14, S21
3. 주요 단백질의 기능적 역할
모든 단백질이 중요하지만, 특히 기능적으로 주목받는 몇 가지는 다음과 같습니다.
- S1 (가장 큰 단백질):
- mRNA의 'Shine-Dalgarno' 서열 상단부를 붙잡아 mRNA가 리보좀으로 잘 들어오도록 돕습니다.
- mRNA의 2차 구조(엉킴)를 풀어주는 헬리케이스(Helicase) 역할을 하여 번역 효율을 높입니다.
- S4, S7, S8:
- 16S rRNA의 접힘(Folding)을 주도하는 구조적 핵심 단백질입니다. 이들이 없으면 30S 소단위체가 형성되지 않습니다.
- S12 (정확성 조절):
- mRNA의 코돈과 tRNA의 안티코돈이 정확하게 맞는지 확인하는 Decoding(해독) 과정에 깊이 관여합니다.
- 항생제인 스트렙토마이신(Streptomycin)이 결합하는 부위이며, S12의 돌연변이는 항생제 내성을 일으키기도 합니다.
- S21:
- 번역 개시(Initiation) 단계에서 mRNA와 16S rRNA의 결합을 촉진합니다.
4. 30S 단백질들의 전체적인 역할 요약
- rRNA 구조 안정화: 거대한 16S rRNA 분자가 특정한 3차원 구조를 유지하도록 리보좀 단백질들이 '집게'나 '지지대' 역할을 합니다.
- mRNA 가이딩: mRNA가 리보좀의 통로(Channel)를 따라 정확하게 이동하도록 경로를 만들어 줍니다.
- 번역 개시 복합체 형성: 개시 인자(Initiation Factors)들과 상호작용하여 번역이 시작될 수 있게 돕습니다.
- Proofreading (교정): 잘못된 tRNA가 들어왔을 때 이를 배출하고 정확한 tRNA만 수용하도록 구조적 신호를 전달합니다.
5. 참고: S1의 특이성
재미있는 점은 S1 단백질은 다른 단백질들과 달리 결합력이 약해 조립 과정에서 쉽게 떨어져 나가기도 하며, 생물종에 따라 존재 여부가 다르기도 합니다 (예: 일부 그람 양성균에는 S1이 없거나 다른 단백질이 그 역할을 대신함).
이 21개의 단백질과 16S rRNA가 정교하게 결합된 30S 소단위체는 생명체의 단백질 합성을 책임지는 가장 기초적이고 정밀한 나노 기계라고 할 수 있습니다.