단백질(protein)

단백질은 세포에 가장 많이 존재하는 생체물질 염색체에 포함된 유전정보는 개체의 단백질 구성을 결정 -> 생물종이 가지는 생체 분자의 독특한 성질을 부여 단백질은 기능적 다양성을 보이고 다양한 생물학적 기능에 활용 단백질은 모두 아미노산의 공유결합으로 구성된 중합체 단백질을 구성하는 아미노산의 숫자, 화학적 성질 및 결합 순서가 단백질의 독특한 구조와 화학적 성질을 결정

α-아미노산은 카복실기(α-COOH), α-탄소에 결합하는 아미노기(NH2)와 수소원자 R-잔기의 화학적 구성에 의하여 다른 아미노산들과 달라짐 α-탄소 원자의 비대칭성은 α-아미노산의 독특한 성질 -> 글라이신을 제외한 모든 아미노산은 입체이성질체(거울상이성질체)의 성질을 가짐

폴리펩타이드의 아미노산 잔기 비극성 잔기 (비전하)극성 잔기 음전하를 띠는(산성의)극성 곁사슬을 가지는 아미노산들 생물의 폴리펩타이드 생합성에 주로 활용되는 것은 20개의 아미노산 잔기(R group)의 용해도 및 이온화 성질은 아미노산의 성질에 많은 영향을 미침 ---- 잔기의 성질들이 개별 폴리펩타이드의 삼차원 구조 형성에 기여 비극성 잔기 (비전하)극성 잔기 음전하를 띠는(산성의)극성 곁사슬을 가지는 아미노산들 양전하를 띠는 (염기성의)극성 곁사슬을 가지는 아미노산들

★: 수소결합에 참여 Amide group ★ ★ ★

H2N+ imino acid

20개의 기초 아미노산 필수 아미노산: 생명유지에 필요한 양을 합성할 수 없기 때문에 식품으로부터 반드시 섭취 비필수 아미노산: 필요한 양을 체내에서 만들 수 있다.

★ ♥ ★ 필수아미노산 ♥ 수소결합에 참여

α-COOH(카복실산-음전하), α-아미노기(NH2-양전하)는 생리적 pH에서 이온화 (양쪽성이온) -> 등전점의 성질을 가짐 (쯔비터이온) OH- H+ (염기성 영역)

등전점(isoelectric point, pI) 전기적으로 중성이 되는 pH: 불용성 순전하: 0 적정곡선 : 0.1M 염산으로 pH 1.3 정도로 조절한 아미노산 수용액에 0.1M NaOH를 가하면서 pH를 측정하여 나타내면 아미노산의 적정곡선이 얻어진다. 적정곡선의 변곡점으로부터 아미노산의 해리상수(pKa)와 등전점(PI)을 알 수 있다.

Alanine의 적정곡선

아미노산의 pKa 값 α-COOH α-NH2 -R Glycine 2.34 9.60 - Lysine 2.18 8.95 10.53 Alanine 9.69 Arginine 2.17 9.04 12.48 Valine 2.32 9.62 Histidine 1.82 9.17 6.00 Leucine 2.36 Serine 2.21 9.15 Isoleucine 9.68 Threonine 2.63 10.43 Aspartic acid 2.09 9.82 3.86 Cysteine 1.71 10.78 8.33 Glutamic acid 2.19 9.67 4.25 Methionine 2.28 9.21 Asparagine 2.02 8.80 Phenylalanine 1.83 9.13 Glutamine Tyrosine 2.20 9.11 10.07 Proline 1.99 10.60 Tryptophan 2.38 9.39

단백질에서 발견되는 비표준 아미노산

단백질의 구성성분이 아닌 아미노산

펩타이드 결합(Peptide bond) 단백질의 아미노산들을 서로 연결시키는 공유 결합 α-아미노기와 또 다른 아미노산의 α-카복실기 반응에 의해서 형성 탈수 반응을 통해서 물분자가 형성, 펩타이드 결합의 가수분해를 통해 아미노산을 재생산

폴리펩타이드(polypeptide) 많은 연속적인 펩타이드로 구성된 물질 폴리펩타이드의 아미노산 단위는 아미노산 잔기라고 함 (아미노-말단 또는 N-말단, 카복실-말단 또는 C-말단) 생명체에서 폴리펩타이드는 아미노 말단으로부터 카복실 말단 쪽으로 합성되어짐

펩티드(Peptide)의 구조와 명명법 단백질의 구조 (50~2000여개의 아미노산 잔기) 단백질의 질량: 달톤(dalton) 1달톤: 1원자(수소원자) 질량단위 분자량 50,000 g/mol  50,000 달톤 50 kd

1차 구조 유전자들에 의해 지정되는 고유의 아미노산 순서 결합의 형태: 펩타이드 결합

2차 구조 폴리펩타이드를 구성하는 펩타이드 결합 내에 존재하는C=O와 NH 사이의 수소결합의 결과로 구조적 조절이 일어나는 형태 (α-나선구조, β-병풍구조) 2차 구조의 구성에 따라 구형 단백질의 3차원 구조의 형성

3차 구조 폴리펩타이드가 구형 형태를 형성하기 위하여 꼬이고 접히면서 형성하는 구조 폴리펩타이드 사슬을 구성하는 아미노산 R기들 사이의 비공유결합 및 이황화결합이 3차 구조에 영향을 줌

4차 구조 하나 또는 그 이상의 폴리펩타이드들이 생물학적으로 활성을 가지는 단백질을 형성하기 위하여 결합되어 있는 형태 비공유결합이 구조의 형성 및 안정화를 위하여 상호 작용

Subunit (소단위체) Tetramer (4량체)

형태에 따른 단백질의 분류 섬유형 단백질 매우 단단하고 물에 대한 불용성 구조 단백질과 같은 구조를 형성 α- 케라틴(머리카락, 피부구성), 콜라겐(인대), 비단 구형 단백질 물에 가용성 성질이 있고 원형의 치밀한 구조형태를 보임 생체 내 효소 및 항체

조성에 따른 단백질의 분류 단순단백(simple protein) 대부분의 단백질로 아미노산만으로 구성되며 다른 화학기를 함유 하지 않는다. albumin, globulin 복합단백(conjugated protein) 아미노산 이외의 분자가 결합해 있는 단백질 단백부분은 apoprotein, 비단백 성분을 보결분자단(prosthetic group)이라 함. 지질단백(HDL), 당단백(4% 이하 탄수화물 포함, IgG), 뮤코단백(4% 이상 탄수화물 포함, hemopexin), 금속단백(Hb, ceruloplasmin)

단백질 구조와 기능 마이오글로빈 뼈대근육에 있는 단백질 근육 내 산소 운반단백질로서 기능 153개의 아미노산 잔기로 형성된 단일 폴리펩타이드 사슬 마이오글로빈의 표면은 극성을 띠며, 내부에 비극성 잔기들만을 포함 산소결합 곡선: 쌍곡선 헤모글로빈 적혈구의 약 90% 단백질을 구성하는 사합체 단백질, 4개의 폴리펩티드 사슬 헤모글로빈들의 소단위 구성의 기본 α2β2 산소결합곡선: S자(시그모이드) 모양 헤모글로빈은 조직에서 허파로 이산화탄소와 양성자를 수송하는 작용

마이오글로빈이 헤모글로빈보다 산소친화력이 높다.

혈청 단백질 전기영동(electrophoresis) 단백전기영동은 5가지 분획 - albumin, α1-globulin, α2-globulin, β-globulin, γ-globulin 순으로 이동

단백질 실험 순서

단백질 농도측정

Sample boiling 정량이 끝난 후 SDS buffer를 넣고 90℃에서 5분간 끓인다. (Heat block 이용) Denaturation(변성): 즉 3차 구조에서 1차 구조로 바꿔주기 위함. SDS를 negative charge을 띄게 하기 위함.

SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) SDS :SDS는 native proteins을 individual polypeptides로 denature하는데 가장 자주 사용되는 agent .SDS를 넣고 100℃에서 단백질을 끓이면, SDS가 polypeptide backbone을 감싸게 된다. 이 과정에서 polypeptide chain 고유의 charge는 잃어버리고 SDS에 의해 (-) 전하를 띄게 된다. Acrylamide :Separating gel 경우 acrylamide gel의 농도를 이용하여 단백질의 이동속도 조절된다. Acrylamide의 농도가 높아지면 gel 내부의 그물구조가 더욱 촘촘해 지므로 단백질들의 이동속도차이를 더욱 높일 수 있다. Stacking gel :로딩한 샘플들이 농축되어 Running gel에 들어가기전에 같은 출발선상 위치하는 효과 (Cl-> 단백질 > glycine) Separating gel(running gel) : 단백이 크기(와 charge) 별로 전개/분리 (Cl-> glycine >단백질 )