[아미노산과 단백질 화학] 아미노산(Amino acid) - 2부







아미노산의 성질



1. 아미노산의 물리적 성질
용해도 아미노산 중에서 tryptophan, cysteine 이외에는 물에 용해하며 proline, hydroxyproline은 알코올에도 용해한다. 대부분의 아미노산은 물 포화 butanol에 녹지만 ether, chloroform, benzene 등의 유기용매에는 녹지 않는다. 

자외선 흡수스펙트럼 아미노산 중에서 방향족아미노산인 phenylalanine, tryptophan, tyrosine 및 histidine은 자외선을 흡수한다(그림 1 참조). 단백질이 280nm 부근의 자외선을 흡수하는 것은 바로 이들 아미노산들 특히 tryptophan이 함유되어 있기 때문이다.

그림 1 방향족아미노산의 자외선 흡수스펙트럼


2. 아미노산의 산∙염기 특성
양성전해질(ampholyte)이란 수용액 중에서 산성과 염기성 양쪽의 성질을 나타내는 물질을 말하며 모든 아미노산은 양성전해질이다. α-아미노산은 수용액에서 치환기 R-이 이온형으로 존재하는 것도 있지만 일반적으로 아미노산의 α-탄소에 결합하고 있는 아미노기와 카르복시기의 성질에 따라 양성전해질이라 할 수 있다.


α-아미노산은 수용액에서 양전기와 음전기를 가진 양성이온형을 하고 있으며 외부에서 산을 가하면 염기(양성자 수용체)로 작용하고 염기를 가하면 산(양성자 공여체)으로 작용한다. 



3. 적정곡선(Titration curve) 
0.1M 염산으로 pH 1.3 정도로 조절한 아미노산 수용액에 0.1M NaOH를 가하면서 pH를 측정하여 나타내면 그림 2와 같은 아미노산의 적정곡선이 얻어지는데 적정곡선의 변곡점으로부터 아미노산의 해리상수(pKa)와 등전점(isoelectric point; pI)을 알 수 있다.

그림 2 0.1M Alanine 20㎖의 적정곡선


아미노산의 pKa는 Henderson-Hasselbalch식에서 수용액내의 짝산과 짝염기의 농도가 같을 때의 pH이므로 적정곡선 상에서는 염기를 가하여도 pH가 그다지 변화하지 않는 변곡점의 pH가 아미노산의 pKa이다.(표 1 참조) 중성아미노산, 산성아미노산, 방향족아미노산, 헤테로고리 아미노산, 이미노산의 등전점은 pI= 1/2(pKa1 + pKa2)이고, 염기성아미노산은 pI = 1/2(pKa2 + pKa3)이다.



아미노산
α-COOH
α-NH2
-R
아미노산
α-COOH
α-NH2
-R
Glycine
Alanine
Valine
Leucine
Isoleucine
Aspartic acid
Glutamic acid
Asparagine
Glutamine
Proline
2.34
2.35
2.32
2.36
2.36
2.09
2.19
2.02
2.17
1.99
9.60
9.69
9.62
9.60
9.68
9.82
9.67
8.80
9.13
10.60
-
-
-
-
-
3.86
4.25
-
-
-
Lysine
Arginine
Histidine
Serine
Threonine
Cysteine
Methionine
Phenylalanine
Tyrosine
Tryptophan
2.18
2.17
1.82
2.21
2.63
1.71
2.28
1.83
2.20
2.38
8.95
9.04
9.17
9.15
10.43
10.78
9.21
9.13
9.11
9.39
10.53
12.48
6.00
-
-
8.33
-
-
10.07
-
표 1 아미노산의 pKa 값



4. 아미노산의 입체화학 
단백질을 구성하는 α-아미노산의 α 위치 탄소는 비대칭탄소이다. L-alanine을 Fisher의 투영식으로 나타내면 그림 3-(a)와 같은 입체구조가 된다. L-alanine의 광학적 대장체(enantiomer)인 (b)는 D-alanine이다. 이 예에서 알 수 있는 것처럼 α-아미노산의 입체구조를 나타내는 D-, L-의 기호는 α 위치의 아미노기가 Fisher의 투영식에서 왼쪽에 있을 때는 L-, 오른쪽에 있을 때는 D-가 된다. 

이와같이 아미노산은 1 위치의 카르복시기에 가까이 있는 α 위치(2 위치)의 탄소에 대한 입체배위(configuration)를 D-, L-의 기호로 표기한다. 그리고 S(sinister, 좌), R(rectus, 우) 표기법으로 α-아미노산의 입체구조를 나타내면 L-alanine의 경우 그림 3-(c)와 같이 된다. 이 때 α 위치의 탄소의 치환기를 어떤 규칙에 따라 순위를 매기면 -NH2, -COOH, -CH3, -H의 순이 된다. Cα-H의 결합을 축으로 하여 순위가 높은 치환기에서 낮은 쪽으로 화살표를 그리면 그림 3-(c)와 같이 좌회전 즉 (S)가 된다. 

그림 3 Alanine의 입체구조


그림 3-(d)는 D-alanine을 같은 방법으로 나타낸 것으로 이 경우에 화살표는 우회전 (R)이 된다. 그래서 L-alanine은 2(S)-alanine이 된다. 천연단백질을 구성하는 α-아미노산은 L-형인데 S, R로 나타내면 L-cysteine 이외에는 모두 2(S)-아미노산이다. 인간의 미각은 아미노산의 입체구조를 식별할 수 있다. 예를 들면 L-glutamate의 나트륨염은 좋은 맛을 나타내지만 D-glutamate의 나트륨염은 아무 맛도 없다. 이외의 아미노산에서도 L-형과 D-형의 맛이 다른 경우가 많다.






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