[왓슨 분자생물학] 6장 단백질 구조-1

6.0 단백질 구조

- 단백질: α아미노산이 펩티드 결합으로 연결된 폴리펩티드

- 20종류의 아미노산. 산성의 카르복실기와 염기성 아미노기와 결합하는 α탄소를 가짐

- 글리신을 제외한 아미노산들은 부제탄소를 보유함

- pKa = Proton donor (H+전달능력 수치) pKa 보다 높은 pH에서 물질이 이온화 됨.

- 소수성 아미노산 : 단백질 내부에 존재. 친수성 아미노산: 단백질 외부에 존재. 물과 수소결합

- 단백질 역할: 전달, 운동, 지지, 효소, 저장, 신호, 수용체, 유전자 조절

- 방향성: N(아미노기) - C(카르복시기)

- α-helix, β-sheet 2차 구조

- 비공유결합, 반데르발스결합, 수소결합, 이황화결합

- 접힘과정은 열 방출, ΔG<0, 자발적, 안정적으로 형성. 비공유결합을 파괴하면 단백질 변성

- 변성용매가 제거되면 1차구조 → 3차구조로 다시 접힘(아미노산서열은 동일하기 때문)

- 단백질 비정상적 접힘: 조직 전체가 손상. 알츠하이머병

- α-나선: N-H기와 C=O 사이의 수소결합. 0.54nm

              수송단백질, 수용체단백질, 세포막에 존재. α-케라틴, 미오신

              소수성이 안쪽에 위치

- β-병풍: 인접사슬에 있는 펩티드 결합사이의 수소결합으로 형성. 견고한 구조, 경직됨. 비단섬유

- 3차 구조: 2차구조 단백질이 접힘

- 4차 구조: 2차구조가 2개 이상 연결되어 빈 공간 생김

- 섬유상 단백질: 3번째 아미노산 마다 글리신을 가짐. (콜라겐-견고성)

                          느슨한 비구조적 폴리펩티드. (엘라스틴-탄력성)

                          구조 안정화. 시스테인의 이황화 결합

 

1) 단백질은 다른 분자와 결합 할 수 있다.

- 매우 선택적으로 다른 분자와 결합(항체-병원체 결합)

- Km값이 높다. = 결합친화도 높다

- 단백질의 아미노산의 작은 변화로도 3차구조를 바꿀 수 있다.

cAMP 가 높다 → 에너지를 많이 썼다 → cAMP가 효소와 결합해 대사 작용

 

2) 항체는 고유결합부위를 가진다

- 특정 리간드와 결합하는 능력 (높은 특이성으로 인지)

- 항체 면역글로불린은 면역단백질로 외부 물질 표면과 반응

- 항체-항원결합부위는 돌출된 여러개 폴리펩티드 사슬고리로 이루어짐

- 고리아미노산 서열을 변경해도 항체 기본구조는 바뀌지 않음

- 사슬고리 아미노산 서열과 길이를 변형하면 항원 결합부위가 다양해진다.

 

6.1 단백질 기초

1) 아미노산

- α탄소는 글리신 제외하고 서로 다른 4개 치환기를 가진다

- R기 성질이 아미노산의 특성을 결정

- 곁사슬 크기는 비극성 아미노산에서 중요함.

   (단백질 내부를 촘촘히 채워주는 아미노산: 글리신,알라닌 ↔ 페닐알라닌, 트립토판)

- 전하된 R기는 중성 pH에서 음전하 (아스파트산) or 양전하(리신)이 된다. pH에 따라 구조 달라짐

 

2) 펩티드 결합

- 공유결합. 물 1분자가 나오는 축합반응 선형의 폴리펩티드 사슬을 형성

 

3) 폴리펩티드 사슬

- 구조: 3차원 화학적 결합 원자의 정렬을 표현. 3차구조는 접힌 구조.

- 펩티드 결합은 이중결합의 특성을 가진다. 회전 할 수 없음.

 

4) 특별한 아미노산

- 글리신, 프롤린, 시스테인은 특수한 성질

- 글리신의 R그룹은 그냥 수소. 구조적으로 자유롭다.

- 프롤린은 곁사슬이 N, α탄소와 공유결합. 구조적으로 완고하다.(NH2+-2차구조 참여가 어렵다)

- 시스테인은 측쇄에 황화수소(-SH)가 있어 산화되면 이황화결합(S-S)

   세포막, 단백질 안정 촉진, 세포외 분비 단백질(호르몬), 공유적 가교결합 역할

 

5) 물의 중요성

- 생화학반응, 물질운동 관여, 표면장력 크다, 전기음성도 차이가 큰 원소로 구성

    (다양한 분자 이동가능. 전기음성도 F>O>N>Cl>Br>C>S>I>H>P)

- H+가 양전하를 띄어서 주위의 음전하 원자와 결합(수소결합)

- 매우 정렬된 구조 (일정한 결합 길이와 각도)

- 수소결합, 깨짐 반복. 1초에 10^12번 반복 → 이동성을 가짐

- 비열이 높다. 끓는점 높다

 

6.2 단백질 구조

- 1차구조: 폴리펩티드 사슬의 아미노산 잔기 서열. 화학구조를 규정하는 선

- 2차구조: α나선 (오른손방향), β병풍 (구조적 안정)

- 3차구조: 조밀하게 접혀있어 회전, 고리를 취할 수 있다.

- 4차구조: 기능적, 개별적으로 접힌 사슬이 서로 결합. 2개 이상의 소단위체, 1종류 폴리펩티드

 

1) 단백질 도메인

- 폴리펩티드 사슬은 1개 이상 도메인으로 접힌다.

폴리펩티드가 너무 길거나 짧으면 안되고, 너무 크면 다른 도메인으로 분리된다.

 

2) 단백질 구조의 특징

- 소수성 곁사슬은 내부, 극성 곁사슬은 노출

- 수소결합을 주거나 받는 작용기가 묻히면 수소결합 파트너가 이미 있는 것들

- 수소결합기 2개를 가지고 있어 아미노산이 안정화되어있다

 

3) 단백질 도메인 분류

- 2차 구조에 따라 분류 α나선, β병풍, α⋅β 혼합 (상동성이 가장 중요)

- 접힘 분류 (상동성)

 

4) 링커

- 도메인 사이에 경계를 주거나 (짧음), 유연성 부여(길다)

 

5) 번역 후 변형(당화, Glycosylation)

- R그룹 변형 → 당화 → 당단백질 : 안테나역할

- 아스파라긴(당화), 세린, 트레오닌, 티로신, 히스티딘(인산화)

 

 

 

 

 

 

참고문헌  : Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판