[생화학] 3.4 : 단백질의 3차구조(tertiary structure) - IDP

 

 

이번 포스트에서는 intrinsically disordered protein(IDP)들에 대해 알아보자.

 

 

IDP는 단백질 전체가 random coil같은 unstructured form으로 존재해서 전체적으로 secondary structure가 없음. (즉, 다시말해 IDP들의 경우 2, 3차구조를 define하기 어려움)

 

 

참고로 이 밖에 단백질의 일부가 intrinsically disordered된 경우 이 부분을 intrinsically disordered region(IDR)이라고 부름.

 

 

 

일반적으로는 3차구조를 이룰 때 내부에 hydrophobic residue가 들어가 hydrophobic interaction을 하며 안정화됨. 그러나 IDP는 이런 구조가 없으므로 대부분의 경우 hydrophobic amino acid가 잘 관찰되지 않음. 그 결과 IDP에서는 Lys, Arg, Glu 등의 amino acid가 많이 관찰됨. 그 밖에 Pro, Gly와 같이 일반적으로는 helix breaker로 작용하는 amino acid들도 IDP에서는 많이 관찰되곤 함.

 

IDP는 정해진 구조가 없으므로 굉장히 dynamic한 구조를 가질 수 있음. 이 말인즉슨 이들은 상황에 따라서 구조가 쉽게 변화하는 것이 가능함. 다만 이런 성질 때문에 classical한 방법으로는 이들의 구조연구를 수행하는 것이 쉽지 않음.

 

 

 

 

 

위 그림의 왼쪽에는 IDR을 가지는 대표적인 예시인 p53이 나타나 있음.

 

 

위 그림 b에는 amino acid residue 각각에서의 PONDR score가 나타나 있음. 이 data는 amino acid sequence를 받아서 얼마나 dirorder된 protein일 것인지를 예측한 결과치로 얻어진 것이며, 1에 가까울수록 더 disordered된 region이라는 것을 의미함.

 

보면 실제로 N terminal, C terminal 부분이 IDR인 것을 확인할 수 있음. 이 IDR 부위는 위 그림 오른쪽과 같이 상당히 다양한 구조로 변하면서 다양한 단백질들과 상호작용하는데 도움을 줌.

 

 

 

 

한편, motif를 바탕으로 protein들을 structural하게 classification하는 것이 가능함.

 

 

실제로 위 그림 a를 보면 두 protein이 유래된 organism도 다르지만 sequence가 비슷한데다가 structurally similar하고 기능도 비슷함. 이런 녀석들, 즉 primary structure와 tertiary structure, 기능이 유사한 단백질들을 집단화해서 protein family라는 개념으로 한데 묶을 수 있음. 참고로 이 경우 primary structure가 완전히 동일하지는 않을 것이고, sequence alignment 결과 일정 %이상이 비슷하면 이들은 구조적으로도 비슷할 것이므로 protein family로 한데 묶을 수 있음. (CATH database, SCOP2 database들의 경우 motif에 대한 protein family classification data가 들어가 있으므로 참고)

 

 

그 밖에 심지어 primary structure는 전혀 비슷하지 않은데도 비슷한 motif를 가지고 있어서 비슷한 function을 수행하게 되는 경우 이러한 protein들을 superfamily라는 개념으로 한데 묶을 수 있음. (즉, superfamily가 protein family보다 넓은 개념임)

 

 

+) 위 그림 b에 나타나 있는 topology diagram은 secondary structure를 2D상에 표현하는 또 하나의 방법임.

 

 

 

 

다음으로 간단하게 단백질의 4차구조(quaternary structure)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

위 그림에 나타나 있는 것은 hemoglobin의 quaternary structure로, 가장 먼저 밝혀낸 quaternary structure라 할 수 있음. quaternary structure는 앞서 설명했던 것처럼 tertiary structure에 의해 한데 뭉쳐진 polypeptide들 끼리 서로 상호작용을 통해 다시 뭉쳐 형성되는 구조를 의미함. (2개가 모이면 dimer, 3개가 모이면 trimer와 같은 식으로 표기함)

 

 

흔히 그냥 이렇게 만들 바에는 하나의 polypeptide가 전체 protein의 형상을 다 만들면 되지 않는가 하는 질문을 던질 수 있음. 그러나 이후 포스트에서 살펴보겠지만 quaternary structure는 protein 활성의 regulation에 있어 상당히 중요함.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 단백질의 구조를 알아보는 실험방법들에 대해 알아보도록 하자.