본문내용
1. 비공유결합의 특성
1.1. 이온결합
이온결합은 양이온과 음이온이 전하의 인력으로 결합하여 생성되는 화학결합이다. 이온결합 화합물은 고체 상태에서 전기전도도가 거의 없지만 용해되면 전기가 매우 잘 통하며, 유전율이 큰 극성 용매에 잘 녹는다. 이온결합 화합물은 매우 단단하지만 같은 전하를 띤 이온끼리의 반발 때문에 부서지기 쉽다. 아미노산 중 아스파르트산, 글루탐산은 카르복실기(COO-)를 지니고, 리신, 아르기닌, 히스티딘은 아미노기(NH3+)를 지니는데, 이들은 이온결합을 통해 연결된다. 또한 단백질 접힘에 영향을 미쳐 단백질 3차 구조를 형성하는 데 일조한다. []
1.2. 수소결합
수소결합은 전기음성도가 큰 원자(=O,N,F)에 결합한 수소와 전기음성도가 큰 원자(O,N,F) 사이의 쌍극자-쌍극자 힘에 의해 생기는 화학결합이다. 수소결합은 공유결합이나 이온결합에 비하여 결합력이 약하지만, 모발 단백질이나 DNA와 같은 거대분자들의 경우 분자 내의 양전하 부분과 음전하 부분이 서로 끌어당겨서 결과적으로 분자를 특정한 양식으로 꼬이고 접히게 만든다. DNA 이중나선 구조에서 염기(A와 T, C와 G)들은 수소결합을 하고 있으며, 이로 인해 DNA 복제 또는 전사 시 작은 양의 에너지로도 염기들의 결합을 쉽게 떼어낼 수 있다. 단백질 분자 내 아미노산 사이에 수소결합이 맺어져서 단백질의 3차 구조가 만들어지며, 이를 통해 단백질 개체마다 특이한 3차 구조를 갖게 된다. 또한 물(H2O) 분자들 간의 수소결합은 물의 열용량을 높여 생체 온도를 일정하게 유지할 수 있게 한다. 모발 단백질에서도 수소결합은 중요한데, 아미노산의 산성부위에 있는 수소원자가 다른 아미노산의 산성부위에 있는 산소원자를 끌어당겨 형성되며, 이러한 수소결합은 모발 전체 강도의 1/3을 담당한다. 한 개의 수소결합 자체는 약하지만, 모발은 많은 수의 수소결합으로 이루어져 있어 중요한 역할을 한다. [1,2]
1.3. 소수성 상호작용
소수성 상호작용은 무극성 물질이 물, 저급 알코올 등의 극성 용액 중에서 서로 집합하는 상호작용이다. 이는 무극성을 띠는 두 분자 사이 또는 분자 내에서의 상호 인력에 의해 서로 결합하는 힘이다.
단백질에서 소수성 곁사슬을 가진 아미노산(알라닌, 발린, 루신, 트립토판, 티로신)은 물과 접하게 되면 내부 쪽으로 숨게 된다. 이로 인해 소수성 아미노산끼리 모이게 되고, 반면 친수성 아미노산들도 서로 모이게 된다. 이는 단백질의 3차 구조 형성에 중요한 역할을 한다.
또한 소수성 상호작용은 지질 및 세포막 구조 형성에도 기여한다. 지질의 소수성 부분들이 모여 세포막을 형성하게 되는데, 이러한 소수성 상호작용이 세포막의 구조 안정성을 높이는 데 도움을 준다.
생명체 내에서 일어나는 다양한 반응과 현상에서 소수성 상호작용은 다른 비공유결합들과 함께 작용하여 중요한 역할을 한다. 이를 통해 생명체는 복잡하고 다양한 기능을 수행할 수 있게 된다.
1.4. 반데르발스 인력
반데르발스 인력은 모든 분자 간에 존재하는 힘이다. 원자핵 주위를 도는 전자의 운동에 의해 원자에 일시적인 쌍극자가 생성되고, 이 쌍극자들 사이의 정전기적 인력에 의해 형성된다. 반데르발스 인력은 매우 약하며 두 핵 사이의 거리가 아주 가까울 때에만 효과가 있다. 반데르발스 인력은 분자를 구성하는 원자들 사이에서 작용하며, 모든 분자에서 존재한다. 이 힘은 분자들이 매우 근접해 있을 때 발생하는 원자 간 일시적인 정전기적 상호작용에 의해 이루어진다. 반데르발스 인력은 생체 내 많은 활동, 예를 들어 항원과 항원수용체의 결합, 단백질의 3차 구조 형성 등에 관여한다. 이처럼 반데르발스 인력은 생명체 내에서 다양한 역할을 하며, 비공유결합의 한 형태로 작용한다.
2. 생화학에서 비공유결합의 역할
2.1. 단백질의 구조와 안정성
단백질은 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결된 고분자 화합물이다. 단백질의 3차 구조는 비공유결합에 의해 안정화된다. 단백질 내에 존재하는 이온결합, 수소결합, 소수성 상호작용, 반데르발스 인력 등의 비공유결합이 서로 작용하여 단백질의 특정한 3차 구조를 형성한다. 이온결합은 아스파르트산, 글루탐산 등의 산성 아미노산과 리신, 아르기닌, 히스티딘 등의 염기성 아미노산 사이에 작용한다. 수소결합...
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