우리 몸을 구성하는 분자들: 단백질편

지난 우리 몸을 구성하는 분자들: 지질 편에 이어서 단백질에 대해서 설명해보고자 합니다.
단백질은 다양한 기관, 효소, 호르몬 등 신체를 이루는 주성분으로, 몸에서 물 다음으로 많은 양을 차지하는데요. 일단 단백질은 기본 단위가 아미노산 입니다. 이 아미노산이 중요하기 때문에 아미노산에 대해서 한번 짚고 넘어가겠습니다.

아미노산은 단백질의 구성단위 물질로써 R기에 따라서 20가지로 나뉩니다. 글리신, 알라닌, 프롤린, 발린, 류신, 이소류신, 메티오닌, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 리신, 아르기닌, ㅎ스티딘, 세린, 트레오닌, 시스테인, 아스파라긴, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산이 이 20가지 종류인데요. 각각 아미노산은 특징을 가지고 있습니다.

위의 스무 가지 아미노산 중 리신과 아르기닌 히스티딘은 양전하 아미노산으로 양전하를 띰니다. 아스파르트산, 글루탐산은 음전하 아미노산에 속하고요. 페닐알라닌, 티로신, 트립토판은 방향성 아미노산에 속합니다. 시스테인은 특이하게도 이황화 결합을 형성할 수 있기 때문에 꼭 기억해야하는 아미노산 중 하나입니다. 우리들은 대부분의 아미노산을 직접 합성할 수 있으나 이소류신, 발린, 메티오닌, 트레오닌, 페닐알라닌, 류신, 트립토판, 리신은 직접 합성할 수 없기 때문에 꼭 섭취를 해줘야 하는 필수 아미노산으로 분류가 되죠. 히스티딘의 경우에는 어릴 때는 스스로 합성할 수 없는 필수 아미노산에 속하나 성인이 되면서 합성이 가능해집니다. 이런 아미노산들을 각각 등전점, 즉 물질의 알짜 전하가 0이 되는 pH 값을 가지는데요. 이것은 대부분 표로 많은 책에서 주어지기 때문에 따로 알고 계식 필요는 없습니다. 하지만 이런 등전점을 이용하여 등전점 전기영동 실험을 많이 하기 때문에 꼭 알아는 둬야 하는 개념입니다. 등전점 전기영동 실험이란 섞여 있는 물질들을 겔 상에서 각각 pI값에 따라 분리하는 실험으로 모든 아미노산과 그 아미노산으로 구성되는 단백질의 pI값이 모두 다르기 때문에 가능한 실험 입니다.

이제 이런 아미노산들은 아미노산 사이에 펩티드 결합을 형성함으로써 중합체(폴리펩티드)를 이루는 데요. 아미노산의 카르복시기와 아미노기가 탈수축합 결합으로 펩티드 결합을 이룹니다. 이런 폴리펩티드는 얼마나 복잡하냐에 따라서 구조를 1차, 2차, 3차, 4차 구조로 나눠볼 수 있습니다.

1차 구조는 아미노산들이 단순한 쳅티드 결합으로 일렬로 배열된 상태로써 이런 결합이 일어난 때 N말단(아미노기 노출) 부터 C말단(카르복시기 노출) 방향으로 합성됩니다. 이렇게 일렬로 합성이 되면 아미노산들의 R기가 다양하기 노출이 되어 이들의 상호 작용으로 더 복잡한 구조로 후에 결합하게 됩니다.

2차 구조는 쳅티드 결합을 이룬 원자들 사이에서 수소 결합을 형성해 생진 단순한 입체 구조입니다. 이런 2차 구조는 크게 a-나선 구조와 B-병충 구조가 있는데요. a-나선 구조는 이름 처럼 나선의 모양으로 아미노산들이 둥글게 말려있습니다. 대게 오른 나선 구조를 이루며 소수성 아미노산들이 이런 형태로 발견이 되는데요. 전하가 있는 아미노산들은 서로 반발력이 생기는 등의 상호 작용을 해서 이런 구조를 만들기 어렵기 때문입니다. 이런 구조는 세포막에서 박혀있는 형태로 풍부히 관찰됩니다. B-병풍 구조는 말 그대로 병풍의 구조를 이루고 있습니다. 두개 이상의 판이 성로 층을 이루어 가까이 놓일 수 이쏘록 R기가 작은 글리신, 알라닌과 같은 아미노산들이 많이 관찰됩니다.

3차 구조는 R기들 사이의 다양한 결합으로 폴리펩티드 사슬이 접힌 복합 구조로써 대표적인 댄백질로는 미오글로빈이 있죠. 3차 구조를 이루는 결합에는 이온 결합, 수소 결합, 소수성 결합, 반대르발스 결합, 이황화 결합등이 관여합니다. 이런 3차 구조는 단백질의 성질에 지대한 영향을 미치는 데요. 우리 몸의 대부분이 단백질로 이루어진 만큼 3차 구조의 변성은 우리 몸에 지대한 영향을 끼칩니다. 때문에 3차 구조의 변성 요인들을 알아놔야할 필요가 있습니다. 3차 구조의 변성 요인에는 pH, 열, 계면 활성제, 무질서 유발제, 환원제 등등이 있습니다. 이 때문에 피부에 산이 닿으면 우리 피부의 3차 구조 단백질 들이 변성이 되서 화상을 입게 되는 겁니다.

4차 구조는 간단히 3차 구조의 폴리펩티드들이 여러개가 모인 구조라고 보시면됩니다. 폴리펩티드 간에 이온 결합, 수소 결합, 소수성 결합, 반데르발스 결합, 이황화 결합, R기들 사이의 다른 공유 결합등이 고나여하죠. 대표적인 단백질로는 미오글로빈이 여러개가 모인 헤모글로빈이 있겠습니다.

이런 단백질은 사실상 우리 몸에서 대부분의 역할을 합니다. 그래도 굳이 적어보자면 단백질은 세포 안팎의 지지 구조 형성, 신체의 운동 조절, 각종 신호 전달자, 세포막의 물질 수송 통로, 효소 작용, 생체 내 고분자 물질들의 수선과 유지 담당, 면역 작용 등등의 역할을 합니다. 사실상 앞으로 배울 내용들의 대부분이 단백질에 관련되었다고 보시면 됩니다. 이로써 단백질 편을 마치겠습니다.