[아미노산과 단백질 화학] 단백질(Protein) - 1부

단백질의 종류

단백질은 어떤 L-α-아미노산의 카르복시기와 다른 L-α-아미노산의 아미노기가 탈수축합하여 만들어지는 peptide 결합으로 L-α-아미노산 잔기가 다수 연결된 것이다. 그러므로 polypeptide를 가수분해하면 이것을 구성하고 있는 각종의 L-α-아미노산이 생성된다.

단백질은 기능, 분자량, 형태에 따라 분류될 수 있으며 일반적으로는 화학적 조성이나 용해도에 따라 단순단백질, 복합단백질 및 유도단백질로 분류한다.

1. 단순단백질

가수분해하면 L-α-아미노산만 생성되는 단백질을 말하며 여러 가지 용매에 대한 용해도에 따라 다음과 같이 분류한다.

1) Albumin

물에 녹고 열에 의하여 응고되는 단백질로 동식물 세포 및 체액에 존재한다. Serum albumin(혈청), α-lactalbumin(우유), ovalbumin(난백), myogen(근육), leucosin(밀), ricin(피마자), legumelin(두류) 등이 여기에 속한다.

2) Globulin

물에 녹지 않고 묽은 염류용액에 녹는 단백질이며 대부분이 열에 의하여 응고된다. 동식물 세포 및 체액에 존재하며 serum globulin(혈청), β-lactoglobulin(우유), lysozyme(난백), edestin(대마), myosin(근육), fibrinogen(혈장), glycinin(대두), canavalin(작두콩), regumin(완두, 잠두) 등이 있다.

3) Glutelin

물, 묽은 염류용액, 알코올에는 녹지 않고 묽은 산 및 묽은 알칼리 용액에 녹으며 열에 의하여 응고되지 않는다. Glutamate 함량이 높은 단백질로 곡류의 종자에 많이 함유되어 있으며 glutenin(밀), oryzenin(쌀) 등이 있다.

4) Prolamin

70～80% 알코올에 녹는 성질 이외에는 glutelin과 비슷하며, gliadin과 glutenin의 복합체를 gluten이라 한다. 곡류의 종자에 많이 존재하며gliadin(밀), zein(옥수수), hordein(보리) 등이 있다.

5) Albuminoid(硬蛋白質, Scleroprotein)

물, 묽은 염류용액, 묽은 산 및 묽은 알칼리 용액에 녹지 않고 소화되지 않으며 collagen, keratin, elastin 및 silk fibroin 등이 여기에 속한다. Collagen은 결합조직, 뼈 , 치아, 연골, 인대에 많이 존재한다. Glycine이 전체의 1/3을 차지하고proline, hydroxyproline도 많으며cysteine, tyrosine은 함유하지 않는다. 장시간 가열하면gelatin이 된다. Keratin은 털, 손톱, 뿔 등을 구성하고 있으며cysteine, glutamate, arginine의 함량이 많다. Elastin은 결합조직, 동맥건에 많이 존재하고 Gly-X-Gly-X-Gly-의 아미노산 배열단위를 많이 함유하며 hydroxyproline도 함유한다. Silk fibroin은 견사(絹絲)에 존재하고 (Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n의 기본단위를 가진다. 이것은 glycine 43, alanine 30, serine 12, tyrosine 5mol%를 함유하며 이들이 전체의 90%를 차지한다.

6) Histone

물, 묽은 염류용액, 묽은 산에 녹으며 열에 의하여 응고되지 않는 염기성단백질로 arginine을 다량 함유하며 동물의 체세포핵이나 정자핵 중에서 DNA와 복합체를 형성하고 있는 nucleohistone과 hemoglobin을 구성하는 globin 등이 있다.

7) Protamine

histone과 마찬가지로 물, 묽은 염류용액, 묽은 산에 녹으며 열에 의하여 응고되지 않는다. 이것은 arginine이나 cysteine을 많이 함유하고 어류의 정자핵 중에서 DNA와 결합하여 존재한다. 어류 이외에서는 거의 발견되지 않으며 clupeine(청어), salmine(연어), scombrine(고등어), sturine(철갑상어) 등이 있다.

2. 복합단백질

단순단백질과 보조인자(cofactor)가 결합하고 있는 단백질로 그 보조인자의 종류에 따라 분류된다.

1) 핵단백질(nucleoprotein)

DNA와 단백질의 복합체인deoxyribonucleoprotein으로는 진핵세포의 체세포염색체에 함유된 nucleohistone, 어류의 정자핵에 함유된 nucleoprotamine, λ phage나 ψX174 phage 등의 capsid 단백질이 있다. RNA와 단백질의 복합체인ribonucleoprotein으로는 ribosome 단백질, RNA를 genome으로 하는 virus(담배모자이크바이러스, RNA phage)의 subunit 단백질 등이 있다.

2) 인단백질(phosphoprotein)

단백질에 인산이 ester 형태로 함유되어 있는 것으로 α-, β-, γ- casein(우유), vitellin(난황), phosvitin(난황) 등이 있다.

3) 리포단백질(lipoprotein)

lipoid(지방산과 그 유도체, 특히 lecithin, cephalin 등의 인지질)와 단백질의 복합체이며 thromboplastin, α1-, β1-lipoprotein(혈청), lipovitellin(난황), lipovitellenin(난황) 등이 있다.

4) 금속단백질(metalloprotein)

금속이 직접 단백질과 결합한 것으로 heme을 함유하는 것도 있다. 철단백질에 속하는 것으로 ferredoxin(전자전달계), transferrin(철운반), ferritin(철 저장), nitrogenase, nitrate reductase(molybdenum 효소이거나 철을 공존인자로 한다.)가 있고 구리단백질로는 plastocyanin(광합성의 전자전달), ascorbate oxidase, laccase(polyphenol oxidase)가 있다. 이외에 망간단백질로 pyruvate carboxylase, 아연단백질로 carbonate dehydratase, carboxypeptidase A 및 B, alcohol dehydrogenase 등이 있다.

5) 색소단백질(chromoprotein)

보조인자로서 색소가 결합되어 있는 단백질이다. Heme을 함유하는 단백질로 myoglobin(근육), hemoglobin(적혈구), catalase, peroxidase, cytochrome a, b, c(mitochondria)가 있다. 마그네슘단백질로 chlorophyll(엽록소 단백질), 구리단백질로 hemocyanin(무척추동물 혈구)이 있고 Flavin 단백질로 아미노산 산화효소, flavin 효소(황색효소)가 있으며 carotenoid 단백질로 rhodopsin(시홍)이 있다.

6) 당단백질(glycoprotein, mucoprotein)

당이나 그 유도체를 함유하는 단백질이다. 특히 세포막에 있는 당단백질은 세포 상호간의 인식이나 세포간 정보전달 기능을 가지고 있으며 생체 내에 있는 당단백질은 효소나 호르몬으로 작용하는 것도 있다. 대부분의 세포에 널리 존재하며 분비액, 결합조직 등에 함유되어 있으며 점질물 mucin의 주성분이다. Chondroitin sulfate와 collagen 복합체(연골), hyaluronate와 단백질 복합체(눈의 유리질, 제대, 관절의 활액), ovomucoid, ovomucin, avidin(난백), seromucoid, seroglycoid(혈청), mucin(타액), thyroglobulin 등이 있다.

3. 유도단백질 천연단백질을 물리적 또는 화학적으로 처리하여 얻어진 단백질

1) 일차 유도단백질

천연단백질이 약간 변성된 것으로 기본구조는 대부분 그대로이고 성질은 약간 변화하며 gelatin, protean, metaprotein, 응고단백질 등이 있다. Gelatin은 collagen을 물과 끓여 얻을 수 있으며 collagen의 삼중나선구조가 융해한 것으로 온수에만 녹는다. Protean은 주로 globulin이 변성된 것으로 물에 불용이며 edestan이나 myosan 등이 있다. Metaprotein은 globulin이나 albumin에 묽은 산 또는 묽은 알칼리를 처리하여 변성시킨 것으로 묽은 산, 묽은 알칼리에 녹는다. 응고단백질은 열, 자외선, 기계적인 교반, 알코올 등에 의해 변성된 것으로 물, 염류용액, 묽은 산, 묽은 알칼리에 녹지 않는다.

2) 이차 유도단백질

천연단백질의 가수분해물을 말하며 일차 유도단백질을 거쳐서 더욱 가수분해가 진행된 것으로 일차 및 이차 proteose, peptone, peptide 등이 있다. 일차 proteose는 물에 녹고 열에 의해 응고하지 않는다. 황산암모늄 반포화로 침전한다. 이차 proteose는 물에 녹고 열에 의해 응고하지 않으며 황산암모늄 포화로 침전한다. Peptone은 황산암모늄 포화로 침전하지 않으며 콜로이드성도 나타나지 않는다. 이것은 주로 우유 casein, 수육(獸肉), 대두단백질 등을 pepsin, trypsin, papain 등의 효소로 가수분해하거나 산으로 부분적 가수분해시킨 건조분말로 oligopeptide, 아미노산이 주성분이며 미생물 배양의 질소원으로 이용된다. 산가수분해물에는 tryptophan이 분해되어 존재하지 않고 casein peptone에는 함황아미노산이 적다.

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