[여러가지 화합물]생물 고분자 2부

단백질의 일차 구조

단백질의 일차구조란 고분자에서 아미노산의 선형 배열구조를 말한다. 아미노산의 배열은 보통 아미노산의 약자 표기법을 이용하여 표기하며 아미노산과 아미노산 사이의 결합은 -와 같은 한일자로 연결한다. 이 경우 우리는 아미노산의 카복시기는 오른쪽에 아민기는 왼쪽에 위치한다는 사실을 이해하고 있어야 한다. 글리신(gly), 알라닌(ala), 바린(val), 히스티딘(his) 그리고 세린(ser)으로 구성된 폴리펩티드를 생각해보자. 이 폴리펩티드의 세 가지 가능한 일차구조는 다음과 같다.

gly-ser-ala-val-his

his-ala-ser-val-gly

ser-ala-gly-his-val

 

가능한 각각의 선형구조를 갖는 서로 상이한 펩티드들은 서로 다른 성질을 갖는다. 다섯 개의 아미노산으로 만들어질 수 있는 펩티드의 수는 120가지가 되며 이들 펩티드의 아미노산 조성은 같으나 서로 상이한 일차구조를 가지며 다른 성질을 보여주게 된다. 그러나 적게는 50개 많게는 1000개 이상의 아미노산들로 구성되어 있는 단백질들의 경우 그 일자구조들은 유일하다는 사실을 알아야 한다.

단백질의 입체구조

단백질 분자는 수용액에서 자발적으로 휘거나 꼬여지게 되어 특수한 삼차원 구조를 갖게 된다. 아미노산의 곁가지들은 서로 다른 화학적 성질들 즉 극성도의 차이라든가 전하의 차이를 타나내게 되며 이와 같은 성질들은 단백질의 입체구조결정의 주요 요인이 된다. 예를 들어 어니지 적으로 안정한 입체 구조를 가지려면 아미노산들의 비극성 곁가지들은 수용액 속에서 물분자와의 상호작용을 피하여 단백질의 내부로 묻혀 존재하려 하며, 반대로 극성을 갖는 것들은 표면에 노출되어 물분자와 수소결합을 형성하거나 다른 극성 곁가지들과 수소결합을 형성하여 존재하려 한다.

단백질의 입체구조 결정에서 중요한 역할을 하고 있는 공유결합의 한 가지는 시스틴과 같이 곁가지에 티올기를 가지고 있어 인접해 있는 다른 시스틴과 산화반응을 일으켜 Cys-S-S-Cys와 같은 결합을 하는 경우이다.

Cis-SH + HS-Cys + (0) → Cys-S-S-Cys + H2O

 

이렇게 생성되는 -S-S-기를 디설파이드라고 하며 이것은 단백질에서 구부러진 사슬을 일정한 지리에 묶어두게 하는 닻과 같은 역할을 한다.

단백질은 그들의 일반적인 입체구조에 따라 섬유 상단백질과 구상단백질로 구분된다. 섬유상 단백질이란 폴리펩티드들이 긴 코일을 형성하거나 또는 폴리펩티드들이 서로 평행하게 정돈되면서 물에 불용성인 섬유상을 형성하는 경우를 말한다. 단백질의코일과 같은 구조 또는 평행배치 구조를 단백질의 이차구조라고 한다. 구상단백질은 폴리펩티드 사슬이 일정한 삼차원 공간에서 밀도 있게 휘거나 꼬여서 구형의 입체구조를 만든다 (그림. 이와 같은 구조를 단백질의 삼차원구조라고 한다. 대부분의 구상단백질은 수용성인데 그 이유는 삼차원 구조를 형성할 때 단백질의 표면은 친수성이 되어 물과 결합할 수 있기 때문이다.

단백질의 대표적 2차 구조인 α-헬릭스 구조와 판상구조

폴리팝티드 사슬이 휘거나 꼬여져 단백질을 형성할 때 아주 특수한 표면의 양상들(움푹 들어간 공간의 형성, 소수성을 띠는 부위의 형성, 전하를 띠는 부위의 형성 등)을 도출하게 된다. 이와 같은 표면의 양상들이 단백질의 기능을 좌우하는 기본적인 요소가 되며 그 이유는 단백질이 다른 분자들과 상호작용을 일으킬 수 있는 특수한 계기를 제공할 수 있기 때문이다.

 

효소

단백질 중에 가장 중요한 역할을 하는 효소는 신기할 정도로 효율적인 특수 촉매이다. 효소들은 대개 구상단백질이며 기질이 결합하여 반응이 일어날 수 있는 특수한 활성화 자리를 소유하고 있다. 아래 그림 에서 열쇠가 자물쇠에 들어가는 것과 같이 기질이 활성 자리에 맞어 들어가는 모양을 표시하고 있다. 물론 활성자리와 기질의 입체구조에 약간의 유동적 변화는 있을 수 있다.

효소                   기질                  효소-기질 복합체
효소와 기질간의 상호작용을 나타내는 열쇠와 자물쇠모형

효소에 의한 촉매반응속도는 기질 농도변화에 따라 일차적인 비례관계는 없다. 왜냐하면 생성물은 일단 효소-기질 복합체를만들었다가 이 복합체로부터 생성되기 때문이다. 따라서 반응속도는 효소-기질 복합체의 농도 변화에 직접 기인된다. 많은 효소들은 대개 반응속도를 109배 또는 그 이상 증진시켜 준다. 생명 조직 내에서 일어나는 대부분의 반응들은 효소에 의한 촉매반응으로써 매우 빠르게 진행된다. 반응속도를 매우 빠르게 촉진시켜준다는 사실이외에 효소의 두 번째 중요 기능은 그 고유성이다. 활성자리의 고유성 때문에 한 효소는 단지 그 효소에 정해진 기질 또는 반응 형태에 대해서만 작용하는 고유성을 가지게 된다.

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