[생화학] 3.5 : 단백질의 구조 결정 방법

 

 

이번 포스트에서는 단백질의 구조를 알아보기 위해 사용 가능한 실험방법들에 대해 알아보자.

 

 

protein의 primary structure만을 알고 있을 때, 실험적으로 3차구조를 결정하는 것을 de novo structural determination이라 함. 이를 가능하게 하는 실험 방법으로 크게 3가지가 있는데, 바로 x-ray crystallography, NMR, Cryo-EM임.

 

 

 

x-ray crystallography

 

 

 

 

위 그림에는 X-ray crystallography의 step들이 나타나 있음.

 

 

이 경우 특정 protein들을 차곡차곡 쌓아서 결정을 만든 후 거기에 x-ray를 쏜 후 x-ray diffraction pattern을 관찰, 분석해서 (b)와 같은 electron density map을 그리게 됨. (이는 atom 간 거리를 바탕으로 그린 map임) 이 map에 이제 primary sequence에 해당하는 amino acid들을 c와 같이 fitting하고 몇몇 과정을 더 거치게 되면 비로소 d와 같은 protein 3D structure를 얻을 수 있음.

 

 

(참고로 예를 들어 단순하게 이 방법을 이용해 NaCl 결정의 diffraction pattern을 분석하게 되면 Na와 Cl의 거리를 알 수 있음)

 

 

 

 

그러나 이 방법의 단점이 몇 가지 있음. 우선 첫 번째 단점은 crystal을 만들 수 없는 IDP를 비롯한 많은 protein들의 경우 이 방법으로 구조를 결정하기 어렵다는 것임. 두 번째 단점은 결국 crystal을 만드는 과정에서 (비정상적으로) 단백질들을 서로서로 차곡차곡 쌓게 되므로, 이 방법을 통해서는 non-physiological한 상태에서의 protein structure만을 관찰할 수 있다는 것임.

 

 

 

NMR

 

 

 

위 그림에는 NMR의 working step들이 나타나 있음.

 

 

 

NMR을 통해서는 위 그림 a와 같이 signal을 얻게 됨. 이 signal을 분석해서 특정 amino acid간의 거리를 추정하게 되고, 모든 거리정보들을 컴퓨터로 다 모아서 결과적으로 c와 같은 3차원적인 protein structure를 얻게 됨. (사실 x-ray crystallography에 비해 조금 더 indirect한 방법)

 

 

이 방법의 경우 crystal을 만들 필요가 없다는 장점이 있음. 게다가 이 경우 calculation을 통해 구조를 계산하므로 c와 같이 다양한 구조가 얻어지게 됨. 이를 이용할 시 결국 protein의 dynamics 관련 정보까지도 얻어볼 수 있음.

 

 

 

 

 

다음 포스트에서는 proteostasis, 즉 단백질 항상성을 유지하는 기작들에 대해 알아보자.