핵심 해설
이 문제는
진핵세포 번역(Translation)의
신장(Elongation) 단계에서
eEF2(Eukaryotic Elongation Factor 2)의 역할과
디프테리아 독소(Diphtheria toxin)의 작용 기전을 묻고 있어요. 번역 과정의 각 단계에서 어떤 인자가 관여하는지, 그리고 독소가 이를 어떻게 저해하는지를 정확히 이해하는 것이 핵심이에요.
핵심 개념 분석 (Key Concept)
리보솜에서의 번역은 개시(Initiation), 신장(Elongation), 종결(Termination) 순으로 진행됩니다. 신장 단계는 크게 3가지 과정으로 반복되는데, 바로 아미노아실-tRNA의
A 자리(A site) 결합(Decoding), 펩타이드 결합 형성(Peptide bond formation), 그리고
전위(Translocation)에요. 전위 과정에서
eEF2는 GTP를 가수분해하여 얻은 에너지를 이용해 리보솜을 mRNA 상에서 한 코돈만큼 이동시켜, 펩타이드-tRNA를 A 자리에서 P 자리로, 탈아실화-tRNA를 P 자리에서 E 자리로 옮기는 핵심 역할을 수행해요.
정답 근거 (Answer Rationale)
핵심! 디프테리아 독소는 eEF2의 특정 히스티딘 잔기인 디프타마이드(Diphthamide)를
ADP-리보실화(ADP-ribosylation)하여 eEF2를 불활성화시킵니다. eEF2가 비활성화되면 GTP 의존적 전위가 차단되어, 펩타이드 결합이 형성된 후에도
펩타이드-tRNA가 A 자리에 머물게 되어 번역이 정지됩니다. 즉, 보기 1번의 "펩타이드 결합 형성 후 펩타이드-tRNA가 A 자리에 고정된 채 전위가 차단된다"는 설명이 정확해요.
오답 분석 (Distractor Analysis)
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선택지 2번:
혼동 주의! A 자리에 아미노아실-tRNA가 결합하는 것은 신장인자 eEF1A의 역할입니다. 디프테리아 독소는 eEF2를 표적으로 하므로, 초기 결합 단계에는 직접적인 영향을 미치지 않아요. 따라서 아미노아실-tRNA가 A 자리에 결합하지 못하는 것은 아니에요.
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선택지 3번:
혼동 주의! 펩타이드 결합 형성 자체는 리보솜 대소단위체의 rRNA가 가진
펩타이드전이효소(Peptidyl transferase) 활성에 의해 촉매됩니다. 이는 단백질 인자인 eEF2와는 독립적인 과정이므로, eEF2가 억제되어도 펩타이드 결합은 정상적으로 한 번 형성될 수 있어요.
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선택지 4번:
혼동 주의! 탈아실화-tRNA가 P 자리에서 E 자리로 이동하는 것 역시 eEF2에 의한 전위 과정의 일부입니다. eEF2가 완전히 불활성화되면 펩타이드-tRNA의 이동뿐 아니라 탈아실화-tRNA의 이동도 모두 차단되며, 펩타이드-tRNA가 여전히 A 자리에 묶여 있는 것이 더 직접적인 결과이므로 P 자리에서 E 자리로의 이동만 차단된다는 설명은 부정확해요.
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선택지 5번: 종결인자 eRF1은 종결 코돈(Stop codon)이 A 자리에 위치했을 때 결합합니다. eEF2 불활성화는 전위 차단을 유발하여 리보솜이 정지하는 것이지, eRF1의 조기 결합을 유도하지 않아요.
연관 개념 정리 (Related Concepts)
리보솜을 공격하는 다른 독소들도 함께 비교해 두면 좋아요. 예를 들어,
리신(Ricin)은 28S rRNA의 아데닌을 제거하여 펩타이드전이효소 활성 자체를 억제하므로, 펩타이드 결합 형성을 직접 차단한다는 점에서 디프테리아 독소와 작용점이 다릅니다.
사이클로헥시미드(Cycloheximide) 역시 진핵세포의 전위 과정을 억제하는데, 이는 eEF2 자체가 아닌 리보솜에 직접 결합하여 작용하는 실험적 도구 약물이에요.
개념 정리
| 구분 | 주요 인자 | 기능 |
|---|
| A 자리 결합 | eEF1A | 아미노아실-tRNA를 A 자리로 운반 |
| 펩타이드 결합 | rRNA (펩타이드전이효소) | P 자리의 펩타이드를 A 자리 아미노산으로 전달 |
| 전위 | eEF2 | 리보솜을 이동시켜 A→P, P→E 자리로 tRNA 이동 |
한눈에 비교!
| 독소/억제제 | 작용 표적 | 억제 효과 |
|---|
| 디프테리아 독소 | eEF2 | 전위 차단 (펩타이드 결합은 정상) |
| 리신 (Ricin) | 28S rRNA | 펩타이드 결합 형성 자체 억제 |
| 사이클로헥시미드 | 리보솜 | 진핵세포 전위 차단 |
약리기전 포인트
디프테리아 독소의 ADP-리보실화 작용은
NAD+를 보조인자로 사용합니다. 이 반응으로 eEF2의 디프타마이드 잔기가 변형되면 GTP 가수분해에 필요한 입체구조 변화가 일어나지 못하게 되어 전위가 멈추는 것이에요.
암기 팁
"
Diphtheria toxin targets
Diphthamide on
eEF2". '디프'테리아가 '디프'타마이드를 공격한다고 연상하면 암기하기 쉬워요!
국시 빈출 포인트
디프테리아 독소와 녹농균 외독소 A(Pseudomonas exotoxin A)는 동일한 ADP-리보실화 기전을 공유하므로, 둘을 묶어서 출제하는 경우가 많아요. 단백질 생합성 저해제의 종류와 정확한 작용점을 표로 정리해 두는 것이 국시 대비에 효과적이에요.
기출 변형 주의!
단순히 "디프테리아 독소의 작용점은?"이라고 묻는 대신, "eEF2가 억제되었을 때 리보솜 내 tRNA의 위치는 어떻게 변화하는가?"와 같이 번역 과정의 역동적인 상태를 묻는 형태로 변형되어 출제될 수 있어요. 각 신장인자의 기능과 억제 시 결과를 시뮬레이션하는 연습이 필요해요.