7. 단백질의 구조

단백질의 구조 


유전자 발현을 이해하고 나서 알겠지만, 단백질은 대부분 유전자의 최종 산물이므로 단백질의 성질에 대해서 알 필요성이 있다. 핵산과 같이 단백질은 작은 소단위체의 체인 모양의 중합체라고 할 수 있다. DNA와 RNA의 경우, 서로 연결되어 있는 것은 핵산의 소단위체인 nucleotide들이다. 반면 단백질의 소단위체는 아미노산 (amino acid)이다. DNA는 오직 4개의 서로 다른 nucleotide들을 포함하고 있지만 단백질은 20개의 서로 다른 아미노산으로 구성되 있다. 각각의 아미노산은 아미노 그룹, 카르복실 그룹, 수소 원자, 그리고 측쇄 (side chain)를 가지고 있다. 어떤 두 아미노산 사이에서의 차이점은 바로 side chain에 있다. 그러므로 아미노산의 배열은 바로 그들의 독특한 side chain의 차이에 있는 것이고 결국 각각의 단백질에 독특한 성질을 부여하는 셈이 된다. 

아미노산은 펩타이드 결합을 통해 단백질 내에서 서로 결합을 하고 있고, 이는 여러 개의 아미노산 사슬을 뜻하는 폴리펩타이드라고 불리워지게 된 것이다. 하나의 단백질은 아나 또는 많은 수의 폴리펩타이드로 구성될 수 있다. 폴리펩타이드 사슬은 DNA와 마찬가지로 극성을 가지고 있다. Dipeptide는 왼쪽 끝에 아미노 기를 가지고 있다. 이를 N-termicus라고 불리운다. 오른쪽 끝에는 자유로운 카복실 기를 가지고 있는데 이를 C-terminus라고 부른다. 우리는 아미노산의 선형의 배열 순서를 단백질의 1차 구조 (primary structure)라고 부른다. 이들 아미노산들이 다른 아미노산과 상호작용하여 결합하게 되면 2차 구조 (secondary structure)가 된다. α-helix가 바로 2차 구조의 대표적인 예라고 할 수 있다. 이것은 가까운 아미노산들 사이에서 수소 결합에 의해 생긴 결과라 할 수 있다. 단백질 내에서 발견되는 대표적인 2차 구조의 또 다른 예는 β-pleated sheet이다. 이것은 확장된 단백질 사슬로서 수소 결합에 의해 나란히 쌓여 있는 구조를 보이게 된다. 서로 다른 사슬들과의 쌓임은 병풍 구조를 만들게 된다. 실크(비단)는 β-병풍 구조에서 많이 풍부한 단백질이다. 2차 구조의 세 번째 예는 turn이다. 이러한 turn은 α-helix와 β-병풍 구조를 서로 연결한다. 폴리펩타이드의 3차원 모양을 3차 구조 (tertiary structure)라고 한다. 그 대표적인 예로는 마이오글로빈을 들 수 있다. 대부분의 폴리펩타이드들은 3차 구조를 띈다. 즉 단일 단백질로 대부분이 α-helix로 구성되어지지만 전체적으로 봤을 때, 입체 구조를 형성하는 것이다. 4차 구조 (quaternary structure)에서는 2 또는 그 이상의 각각의 폴리펩타이드들이 서로 복잡한 단백질을 만들 때 나타나는 구조를 말한다. 4차 구조는 수소 결합, 이온 결합, 소수성 상호작용, 반데르 발스 힘 등 여러 요소를 포함한다고 할 수 있다. 또 다른 4차 구조는 공유결합이 참여하지 않을 수도 있다.