[생화학] 2.4 : 단백질 관련 실험기법들 - 1

 

 

이번 포스트부터는 단백질과 관련된 실험기법들에 대해 알아보자.

 

 

Q1 : 단백질의 서열을 어떻게 알 수 있을까?

 

 

 

과거에 protein을 sequencing하는 방법을 가장 먼저 고안해 노벨상을 받은 사람은 바로 Frederick Sanger임. (사실 Sanger는 이와는 별도로 DNA sequencing 방법도 고안하여 노벨상을 한 번 더 받음)

 

 

위 그림에는 insulin을 sequencing하는 과정이 나타나 있음. 우선 맨 처음에 insulin을 다양한 소화효소로 잘라줌. 그 결과 위 그림 오른쪽 위와 같이 서로 각기 다른 크기의 protein fragment가 만들어질 것임. 이 fragment를 SDS-PAGE를 이용해서 size-dependent하게 분리한 후 각각의 분리된 fragment들을 위 그림 왼쪽 아래와 같이 한번 더 자른 후 또 분리해줌. 그러면 결과적으로 각각의 amino acid 종류에 따라 size도 다를 것이므로, 서로 다른 size로 분리되게 될 것임. 따라서 fragment 각각을 구성하는 amino acid들을 알 수 있게 됨. 이들 전부를 종합하게 되면 protein sequence를 알 수 있게 되는 것임.

 

 

 

 

최근에는 이 과정을 위와 같이 automation해서 수행함.

 

 

보면 일단 HPLC를 이용해서 protein fragment들을 size별로 분리하고, 이후 이 녀석들을 다시 잘라주며 MS/MS(tandem MS) analysis를 통해 protein sequence를 알아내는 방식으로 구성되어 있음.

 

 

 

Q2 : 단백질의 3차원 구조를 어떻게 알 수 있을까?

 

 

 

가장 먼저 protein의 구조를 X-ray crystallography를 이용해 추정한 사람이 위 그림에 나와있는 Max Perutz이며, 이 사람의 경우 Heme의 구조를 밝혀냄. (대략 1950년대의 이야기임)

 

 

 

 

 

최근에는 위 그림 맨 위에 나타나 있는 X-ray crystallography, 위 그림 중간에 나타나 있는 NMR, 위 그림 맨 아래에 나타나 있는 Cryo-EM 등의 방법으로 protein의 구조를 특정함. (참고로 NMR을 이용할 시 solution 상태에서 존재하고 있는 protein의 구조를 알 수 있음)

 

 

 

단백질의 구조는 곧 기능과 직접 연결된다 할 수 있음. 그런데 이 구조는 사실상 protein의 folding에 의해 달라진다고 봐도 무방함. 그렇다면 protein의 native fold 구조는 어떻게 알아낼 수 있을까?

 

 

 

 

위 그림과 같이 G가 가장 최소화가 되는 구조를 modeling을 통해 simulation하는 방법으로 native fold를 찾아냄. 더 자세한 process는 quantitative biology 섹션에서 다루어질 것임.

 

 

 

 

이와 같은 단백질 구조 분석은 위와 같은 다양한 연구로 이어질 수 있음.

 

 

우선 단백질의 catalytic function을 이해할 수 있고, 더불어 regulatory mechanism도 이해할 수 있음. 다음으로 cleft detection도 가능한데, cleft란 folding 과정에서 형성된 틈을 의미함. 이 틈의 구조를 detection할 수 있음. 그 밖에 geometrical analysis(symmetry를 가지는지, 어떤 symmetry를 가지는지)도 수행할 수 있고, Gly-Gly-Gly-Gly-Ser ...와 같은 flexible site에 대해 sequence dependent한 예측을 수행해볼 수도 있고, 종간에 protein 구조 유사성, 혹은 conservation 정도에 대한 연구도 수행 가능함. 그 밖에 surface characteristics, interaction energy 등에 대한 연구도 수행 가능함.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.