스템루프 구조

스템루프 구조(Stem-Loop Structure)는 단일 가닥 핵산(주로 RNA, 일부 단일 가닥 DNA)에서 발견되는 중요한 이차 구조이다. 이 구조는 단일 가닥 핵산 내에서 서로 상보적인 염기 서열 부분이 존재할 때, 이 서열들이 접히면서 상보적인 염기쌍을 형성하고, 그 결과 고리 모양을 이루게 되는 형태를 말한다. 헤어핀 구조(Hairpin structure)라고도 불리며, 때로는 스템루프 구조가 더 포괄적인 의미로 사용되기도 한다.

형성 원리: 단일 가닥 핵산 분자 내에서 비교적 가까운 위치에 상보적인 염기 서열(예: 5'-AGCU-3'와 3'-UCGA-5'의 일부)이 존재할 경우, 이 서열들이 서로 끌어당겨 아데닌(A)은 우라실(U) 또는 티민(T)과, 구아닌(G)은 사이토신(C)과 수소 결합을 형성한다. 이러한 염기쌍 형성으로 인해 분자가 접히면서 스템루프 구조가 만들어진다.

구조적 특징: 스템루프 구조는 크게 두 부분으로 구성된다.

• 스템(Stem): 상보적 염기 서열 간의 염기쌍 형성으로 인해 형성된 이중 가닥 형태의 부분이다. 비교적 짧은 이중 나선 형태를 띤다. 염기쌍의 수와 종류에 따라 스템의 안정성이 달라진다.
• 루프(Loop): 스템 부분의 끝을 연결하는 고리 모양의 단일 가닥 부분이다. 스템 형성에 참여하지 않은 염기들로 구성된다. 루프의 크기는 염기의 수에 따라 다양하며, 작은 것은 3~4개의 염기로 이루어지기도 한다.

생물학적 중요성: 스템루프 구조는 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 수행한다.

• RNA 기능 및 안정성: tRNA의 클로버잎 구조, rRNA의 복잡한 접힘, 마이크로RNA(miRNA)의 전구체 형태 등 여러 종류의 기능성 RNA 분자의 핵심적인 구조적 요소이다. RNA 분자의 안정성을 높이고 특정 기능을 수행하는 데 필수적이다.
• 유전자 발현 조절: 전사 과정에서 Rho-독립적 종료 신호(Rho-independent termination)로 작용하여 RNA 중합효소가 주형 DNA에서 떨어져 나가게 하는 역할을 한다. 또한, 일부 RNA 결합 단백질이 스템루프 구조를 인식하여 결합함으로써 유전자 발현을 조절하기도 한다.
• 촉매 활성: 리보자임(ribozyme)과 같은 RNA 기반 효소의 활성 부위 형성에도 관여한다.

스템루프 구조는 핵산의 이차 구조 중 가장 흔하고 안정적인 형태 중 하나이며, 그 단순함에도 불구하고 생명 현상의 다양한 단계에서 핵심적인 기능을 수행한다.