단백질의 구조와 능력

단백질의 기본적인 형태는 아미노기를 가지고 있으며, 카르복시기를 가지고 있는 형태로 존재하며 이후, R에 따라서 non polar, 하이드록실기를 가져 인산화가 가능한 plolar, 친수성을 가진 charge(단, His같은 경우 pKa가 5.5라 자연적으로 전기성을 잃어 효소 촉진에 중요함) 등으로 구분된다.

이렇게 아미노산 서열대로 단백질의 1차구조를 보여주며, 2차 구조로 알파 헬릭스, 베타 시트, 3차 구조로 3차원 구조인 도메인, 4차 구조인 도메인의 연속을 보여준다.

이들의 아미노기와 카르복시기의 각도 차이로 phi, psi등을 계산하여 알파 헬릭스 구조와 베타 시트 구조를 증명한 ramachandran 사람이 유명하다.

펩타이드 결합 같은 경우, 아미노산끼리 공유결합으로 rRNA, 리보솜이 대표적이며 탈수축합반응을 한다.

단백질을 생성하기 위해(protein translation) 원핵세포와 진핵세포마다 차이가 있는 E, P, A로 구성된 리보솜이 작용한다.

이때, 원핵세포는 AUG 시작 코돈을 찾기 우해 shine-dalgarno 시퀀스(Poly A tail)을 찾으며 진핵세포는 5' cap을 확인하는 것으로 시작된다.

rRNA는 리보솜, 리보자임으로 불리며 3D 입체 구조로 OH가 있어서 자르고, 잘림이 편하며 OH기로 인해 DNA는 불가하다는 점이다.

이는 염기서열 80개마다 존재해 단백질 합성에 빠른데 이를 polyribosome이라 부른다.

이를 중단하기 위해서는 protein release factor인 tRNA 경쟁자를 사용해 stop 코돈을 확인하여 가수분해 반응으로 잘라내는 것을 사용한다.

단백질은 단백질 도메인으로 안정하게 folding된 단백질의 단위부터 시작하는 편이다.

이때, 단백질의 부분만 취할 시 접힘이 진행되지 않으며 이를 CATH(C : 구조, A : 형태, T : 크기, H : 상동성)으로 접힘과 위상, 상동성을 확인한다.

이를 통해 Linkers는 소수성 그룹이 아닌 확장성을 부여하며, hinges는 유연성과 이동성을 부여한다.

추가로 아미노산 서열이 접힘에 영향을 끼치는 것을 확인한 것으로 UREA와 Bme를 사용한 안핀센 도그마가 유명하다.

안핀센 도그마(anfinsen's dogma)란, 아미노산 서열로 단백질 접힘이 이뤄지며, 여기서 disulfide와 펩티드 결합에 관한 실험이다.

Urea는 단백질의 접힘을 풀고, BME(mercapto-ethanol)는 그것을 유지하는 것인데 2가지 방법을 통해 단백질 접힘이 1차 구조를 통해서 결정된다는 것을 설명하였다.

첫번째, Urea와 BME를 모조리 처리한 후, Urea를 제거한 후, BME를 제거한 것.

두번째, Urea와 BME를 마찬가지로 모두 처리 후, BME를 제거한 후, Urea를 제거한 것으로 순서만 다른 것으로 노벨상을 수상한 실험이다.

첫번째 과정의 경우 90%가 변성이 되었지만, 두번째 과정은 1.2%만 재변성되어서, 아미노산 서열인 1차 구조가 고유의 접힘 상태를 설명하고, 최소 에너지로 전개와 변성이 된다는 것을 증명한 실험이다.

추가로, 단백질 접힘을 통해 발병하는 질병을 설명하자면, 알츠하이머, 광우병, 노망등이 있다.

알츠아이머 같은 경우 MMSE로 테스트하게 되며 특이적 축적을 통해 B-amyloid(AP) 가 매트릭스 사이에 뭉쳐 뇌세포가 사멸하거나, Tau protein의 어그레이션으로 축적되면 발병하게 된다.

이를 치료하기 위해서는 Cholinesterase 효소로 억제해 치료하게 되며 아세틸콜린이 적게 분비시에 걸리는 알츠하이머를 아세틸 콜린에서 억제시켜 아세트산과 콜린으로 분해하는 효소를 억제시키는 것이다.

이를 통해 side effect로 불면증이 있지만, positive 쪽으로는 인지기능이 향상된다는 것이다.

광우병, BSE 유사한 것으로 scrapie는 단백질로 인한 감염(프리온)으로, 아미노산 서열이 같지만 알파 헬릭스에서 베타 시트로 변경되는 것이다.

DNA binding protein은 major groove에 대부분 있는데 DNA에 꽂힐 수 있는 zink finger로 시스테인 4개 또는 시스테인 2개, 히스티딘 2개로 구성된 것이 있는데 이를 1개론 약하니 여러 개가 합쳐서 DNA와 결합한 형태가 있어 ZFN이 표적을 잡으며 제한효소가 잘라버리는 형태로 일하게 된다.

또한, Helix turn helix는 DNA 헬릭스 주홈에 특이적이며, 류신 지퍼 겉소수성은 헬릭스가 단백질에 상호작용하며 DNA에 바인딩 부분엔 Charge amino acid가 있어서 잘 붙는다. (L-L-L-L 형태로 소수성을 이용해 단백질과 상호작용한다.)

또한, Basic helix-loop-helix는 DNA와 단백질 상호작용으로 합체하며 2개의 짧은 양매성 헬릭스 구조를 가지게 된다.

단백질의 활성 조절에는 리간드로 단백질 효소의 활성화와 비활성화를 선택하며 DNA back bone과 비특이적 결합으로 결합 부위에 친화도에 기여하며 정전기적 접촉을 한다.