본문내용
1. 단백질의 기능
1.1. 단백질과 다른 분자와의 상호작용
단백질은 다른 분자와 다양한 방식으로 상호작용한다. 단백질은 상호작용하는 분자의 conformation(구조)와 configuration(구성)을 변화시킬 수 있으며, 변화시키지 않을 수도 있다. 단백질이 가역적으로 결합하는 분자를 ligand라고 하며, 대부분의 경우 리간드-단백질 결합은 가역적이다. 단백질의 binding site에 리간드가 특이적이고 선택적으로 결합한다. 대표적인 예로 효소의 활성부위(catalytic/active site)를 들 수 있다.
단백질과 리간드의 상호작용은 양적으로 설명될 수 있다. 근육 단백질 myoglobin과 적혈구 단백질 hemoglobin은 산소 결합 단백질인 globin의 일종으로, 산소가 단백질의 heme 부분에 1:1로 결합한다. 산소의 낮은 용해도 때문에 체내에서 산소를 운반하고 저장하기 위한 단백질이 필요하며, 이들 단백질이 그 역할을 한다.
heme은 단백질과 공유결합을 형성하는 보결 분자단(prosthetic group)의 일종으로, Fe2+이온과 protoporphyrin ring 구조를 가진다. heme은 O2뿐만 아니라 NO, CO 등과도 결합할 수 있다.
단백질-리간드 상호작용의 양론(결합력)은 가역적 상호작용이므로 정량적으로 설명될 수 있다. 예를 들어 myoglobin은 O2뿐만 아닌 CO와도 결합할 수 있는데, free heme에서 CO의 결합 친화도(Ka)는 O2에 비해 2000배 낮지만, myoglobin의 heme에서는 CO의 친화도가 O2에 비해 40배만 낮다. 이는 myoglobin의 distal histidine 잔기와의 수소결합 등 단백질 구조가 리간드 결합에 영향을 미치기 때문이다.
따라서 단백질은 다양한 분자와 결합하여 상호작용하며, 이는 단백질의 구조와 밀접한 관련이 있다. 단백질-리간드 상호작용의 양론은 가역적 상호작용이므로 정량적으로 설명될 수 있다.
1.2. 단백질 리간드 상호작용의 양론
단백질 리간드 상호작용의 양론은 단백질이 리간드와 가역적으로 결합하는 정량적 특성을 설명한다. 단백질은 리간드와 특이적이고 선택적으로 결합하며, 이 결합은 평형상태에 도달한다.
단백질의 특정 결합자리인 활성자리에 리간드가 가역적으로 결합한다. 대표적인 예로 근육의 미오글로빈(Mb)과 적혈구의 헤모글로빈(Hb)은 산소 운반 단백질로, 산소와 가역적으로 결합한다. Mb와 Hb의 헴(heme) 부분의 철 이온(Fe2+)이 산소 분자와 배위 결합을 형성하여 산소를 결합한다.
이러한 가역적 단백질-리간드 결합은 정량적으로 설명될 수 있다. 해리상수(Kd)는 단백질과 리간드의 결합력을 나타내며, 낮을수록 높은 친화력을 의미한다. 예를 들어 자유 헴에서 일산화탄소(CO)의 Kd는 산소보다 2000배 높아 친화력이 낮지만, Mb의 헴에서 CO의 Kd는 산소보다 40배 높아 친화력이 증가한다. 이는 Mb의 구조적 특성인 원위 히스티딘 잔기가 산소 결합을 안정화하기 때문이다.
이처럼 단백질의 구조와 상호작용하는 리간드의 성질에 따라 결합 특성이 달라지며, 단백질-리간드 상호작용의 양론적 측면은 단백질의 기능 이해에 중요한 역할을 한다.""
1.3. 단백질 구조가 리간드의 결합에 미치는 영향
리간드의 결합은 단백질의 구조 변화를 유발한다"" 단백질의 구조는 리간드와의 결합 친화도에 큰 영향을 미친다"" 예를 들어, 자유 상태의 헴(heme)에서 일산화탄소(CO)의 해리 상수(Kd)는 산소(O2)에 비해 2000배 높다"" 즉, O2에 대한 친화도가 CO에 비해 2000배 높다"" 그러나 미오글로빈(Mb)에서 헴 주변부의 아미노산 잔기, 특히 원위 히스티딘(HisE7) 잔기의 수소결합 안정화 작용으로 인해 CO의 Kd가 O2에 비해 40배 높아진다"" 즉, O2에 대한 친화도가 40배 높아진다"" 이처럼 단백질의 구조 변화는 리간드의 결합 친화도에 큰 영향을 미친다""
1.4. 헤모글로빈의 산소 운반
적혈구에 포함된 헤모글로빈(Hb)은 산소를 폐에서 체 조직으로 운반하는 주요 단백질 수송체이다. 동맥혈의 Hb은 대부분(약 95%) 산소로 포화되어 있으나, 정맥혈의 Hb은 약 65%만 산소로 포화되어 있다. 이처럼 Hb이 폐와 조직 사이에서 효과적으로 산소를 운반하는 까닭은 Hb의 구조적 특성과 리간드 결합 특성 때문이다.
Hb은 α2β2 tetrameric 구조를 가지며, 각 subunit에 heme기가 포함되어 있다. 이 ...
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