단백질

단백질

<단백질의 구조와 기능>

 

- 단백질은 세포의 구성요소, 세포의 대부분을 차지, 세포의 모양과 구조를 결정하고 세포의 거의 모든 기능을 수행하는 분자.

효소는 세포에 여러 화학반응을 촉진시키는 데 필요한 복잡한 분자 표면을 제공, 이 표면굴곡에 따라 특정 분자와 결합 여부가 결정

운반체와 통로단백질은 세포 내무와 외부 사이에 영양분이나 소분자 통과되는 것을 조절

세포 사이의 메시지 전달, 막에서 받은 정보를 핵까지 전달하는 신호분자 역할, 세포소기관의 세포 내 이동에 필요한 추진체 역할, 분자기계의 구성요소

항체, 독소, 호르몬, 항동결분자, 탄성섬유, 발광원 등으로 작용

근육의 수축, 신경의 신호전달방법, 배발달, 우리 신체의 기능에 필수

다양한 기능 수행은 다양한 형태 때문

 

4.1 단백질의 모양과 구조

다양한 구조, 정교한 기능은 수십억년 진화의 산물

단백질의 3차원구조는 단백질 분자의 여러 부분 사이의 비공유결합으로 안정화

모든 단백질은 공유결합인 펩타이드결합을 통해서 연결된 아미노산들의 긴 사슬형태, 단백질을 폴리펩타이드 혹은 폴레펩타이드 사슬이라 부름

각각의 단백질은 특유의 순서로 아미노산들이 배열되어 있는데 이를 아미노산 서열(amino acid sequence)

수천가지 단백질, 각각 특유의 아미노산 서열을 지님

 

4.2 단백질의 기능

단백질의 형태와 기능은 밀접한 연관

단백질의 구조, 화학적 특성, 활성의 상호연관성은 단백질 표면의 곁사슬에 표면적 특성에 의해 결정

단백질은 다른 분자와의 특이적인 결합능력을 가지는데 이 능력으로 촉매제(효소), 구조적인 지지역할(액틴), 신호수용체, 그리고 작은 전동기 같은 다양한 역할

다른 분자들과 물리적인 상호작용(결합)으로 단백질의 생물학적 특성 발현

항체는 신체방어기능의 하나로 바이러스 혹은 박테리와 결합

핵소인산화효소는 포도당과 ATP 사이의 반응을 촉매하기 전에 이들과 결합

액틴분자들은 기다린 미세소관을 만들기 위해 서로 결합

단백질분자는 그들과 우연히 만나는 수천 가지의 다른 분자 중에서 단지 하나 또는 몇개의 분자들과 결합

 

<리간드>

이온, 작은 분자, 거대분자 등 단백질에 결합하는 모든 물질을 리간드

리간드와 수소결합, 정전기적 인력, 반데르발스 친화력같은 약한 비공유결합과 소수성 상호작용으로 선택적으로 결합

리간드분자의 표면윤곽이 단백질의 굴곡과 꼭 맞아야 함

많은 수의 비공유결합이 형성되면 분자끼리의 결합이 지속

 

<항체>

항체는 거의 무한대에 달하는 리간드와 결합 가능, 박테리아, 바이러스 분자, 기타 병원체 분자들 포함

항체 또는 면역글로불린은 침입한 미생물 표면과 같은 외부물질에 반응, 그들을 불활성화 또는 파괴시킴

항체는 항원이라는 표적을 특이성으로 인지, 수십억개의 항원에 대하여 수십억개의 항체를 만들어야 함

항체는 Y자 모양의 분자로 항원-결합부위 고리의 아미노산 서열과 길이를 약간 변화시킴으로써 항원-결합부위가 방대하게 다양해지고(hypervariable loop, 초변이고리) 그 결과 수많은 항원과 결합할 수 있는 다양한 항체들을 만듦

실험실에서 특정 분자를 순수하게 정제하여 그 특성을 연구할 때도 사용

 

<효소>

효소(enzyme)는 세포 내에서 일어나는 거의 모든 화학반응을 담당, 효소는 기질(substrate)이라 불리는 리간드와 결합하여 이들을 화학적으로 변형된 생성물로 전환시킴, 이 일을 끊임없이 반복하면서 스스로는 변하지 않는 촉매

세포 내에서 공육결합을 만들거나 깨뜨릴 수 있도록 돕는다. 효소에 의한 많은 유기화학반응의 촉매작용은 새로운 세포를 만들거나 유지하여 생명 영위

효소는 단지 한 가지 반응만을 촉매함

트롬빈은 혈액단백질의 한 유형에서 특정 아르기닌과 이웃한 글라이신 사이를 절단

효소의 이름에는 전형적으로 끝에 ‘-ase’가 붙는데, 효소명명법이 정해지기 전 발견되어 명명된 펩신, 트립신, 트롬빈, 라이소자임 등은 제외

라이소자임(lysozyme) 효소는 달걀흰자, 침, 눈물 등 분비물에 존재하며 천연 항생제로 박테리아 세포벽의 다당류 사슬을 절단. 가수분해 반응인데, 다당류 사슬에서 인접한 두 당 사이의 단열결합이 1개 물분자의 첨가로 깨짐.

대부분의 약물은 특정 효소의 활성을 억제함으로써 그 효능을 나타냄

스타틴은 콜레스테롤 생합성에 관여하는 HMG-CoA환원효소 억제

메소트렉세이튼는 DNA 생합성에 관여하는 디하이드로엽산환원효소 억제

글리벡은 백혈병 세포성장에 필수적인 효소 억제

 

<비단백질>

단백질도 아미노산만으로 어렵거나 불가능한 기능들을 수행하기 위해 작은 비단백질성 분자들을 이용

광신호수용체 단백질인 로돕신(rhodopsin, 망막의 간상체세포에서 만들어지는 빛에 민감한 색소)은 라이신 곁사슬에 공유결합으로 부착되어 있는 레티날(retinal)이라는 작은 분자에 의해 빛을 감지

레티날은 빛의 양자를 흡수하여 모양을 변화시키며 이 변화는 로돕신에 의해 증폭되어 일련의 효소반응을 촉발시키고 마침내 전기신호를 뇌에 전달

헤모글로빈 분자 1개는 비공유결합으로 붙어 있는 4개의 헴(heme)기를 갖는데 이들 각각은 고리모양으로 중심에 1개의 철원자를 가짐. 헴은 헤모글로빈(혈액)을 붉게 보이도록 하며 철원자를 통해 산소 기체와 가역적으로 결합, 헤모글로빈이 폐에서 산소와 결합하여 이를 필요로 하는 여러 조직으로 방출하도록 도움.

폴리펩타이드 사슬을 절단하는 효소인 카르복시펩티데이스는 활성부위에 아연이온 결합되어 효소가 펩타이드결합 절단하는 동안 아연이온은 기질원자 중 1개와 일시적 결합으로 가수분해반응을 도움

 

<조효소, coenzyme>

작은 유기분자로 예를 들어 바이오틴(biotin)은 한 분자에서 다른 분자로 카르복실기(-COO)를 운반하는 효소에 존재

바이오틴은 운반될 카르복실기와 일시적으로 공유결합을 형성하여 활성운반체 분자로서 이 반응에 참여

인체 내에서 스스로 합성할 수 없어 음식물을 통해 소량 공급되어야 하며 비타민의 일종으로 분류