단백질 퀀텀 구조

Protein quaternary structure
Protein primary structureProtein secondary structureProtein tertiary structureProtein quaternary structure
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PCNA를 예로 들어 단백질 구조의 대화형 다이어그램(PDB: 1AXC)

단백질 쿼터제 구조는[a] 단백질 구조의 네 번째(그리고 가장 높은) 분류 수준이다. 단백질 쿼터너리 구조는 둘 이상의 작은 단백질 체인(일명 서브유닛이라고도 함)으로 구성된 단백질의 구조를 말한다. 단백질 쿼터나리 구조는 다중 서브유닛 단지에 여러 개의 접힌 단백질 서브유닛의 수와 배열을 기술한다. 단순 조광기에서 대형 호몰리거에 이르는 조직과 서브유닛 수가 정의되거나 가변적인 단지를 포함한다.[1] 단백질 구조의 처음 3단계와는 대조적으로, 일부 단백질은 단위의 기능을 하기 때문에 모든 단백질이 4분위 구조를 가지는 것은 아니다. 단백질 분자 구조는 또한 핵산과 다른 공동 작용을 가진 단백질의 생체 분자 복합체를 나타낼 수 있다.

설명 및 예제

많은 단백질은 실제로 여러 폴리펩타이드 체인의 집합체다. 쿼터너리 구조는 서로에 대한 단백질 하위 단위의 수와 배열을 가리킨다.[2] 2분위 구조를 가진 단백질의 예로는 헤모글로빈, DNA 중합효소, 리보솜, 항체, 이온 채널 등이 있다.

다양한 기능을 가진 서브유닛으로 구성된 효소를 홀로엔자임(holoenzymes)이라고 부르기도 하는데, 어떤 부분은 규제 서브유닛으로, 기능 코어는 촉매 서브유닛으로 알려져 있다. 대신 다단백질 단지로 불리는 다른 조립품도 2분위 구조를 가지고 있다. 그 예로는 뉴클레오솜과 미세관 등이 있다. 분기 구조의 변화는 개별 서브유닛 내의 일치적 변화나 서로에 대한 서브유닛의 방향 전환을 통해 발생할 수 있다. 많은 단백질들이 규제를 받고 생리적 기능을 수행하는 것은 "다중성" 효소에 협력성과 알로스테리의 기초가 되는 그러한 변화를 통해서이다.

위의 정의는 단백질과 기능적이고 단백질의 단위를 구별하기 어려운 시기에 확립된 생화학에 대한 고전적인 접근방식을 따른다. 최근에는 단백질의 2차 구조를 논의할 때 단백질-단백질 상호작용을 언급하고 단백질의 모든 조합을 단백질 복합체로 간주한다.

명명법

이 단백질 복합체의 쿼터너리 구조는 세 개의 동일한 작은 단백질 서브유닛(또는 단량체)으로 구성되어 있기 때문에 호모트리머로 설명될 것이다.

과점 복합체에서 서브유닛의 수는 -mer로 끝나는 이름("부품, 서브유닛"의 경우 그리스어)을 사용하여 기술된다. 공식 및 Greco-Latinate 이름은 일반적으로 처음 10가지 유형에 사용되며 최대 20개의 서브유닛에 사용할 수 있는 반면, 고순도 콤플렉스는 보통 서브유닛 수로 설명되며 -meric이 그 뒤를 따른다.

  • 7 = 헵타머
  • 8 = 옥타머
  • 9 = 비아머
  • 10 = 데카메르
  • 11 = 언카메라
  • 12 = dodecamer
  • 13 = 3중 카메라
  • 14 = 테트라데카메라
  • 15 = 펜타이드 카메라*
  • 16 = 육각 카메라
  • 17 = 헵타데카메라*
  • 18 = 옥타드 카메라
  • 19 = 비에이드카메라
  • 20 = 아이코사머
  • 21 = 21-mer
  • 22 = 22-mer
  • 23 = 23-mer*
  • 등
*알 수 없는 예

대부분의 단백질에서 옥타머보다 높은 콤플렉스는 거의 관찰되지 않지만, 몇 가지 중요한 예외도 있다. 바이러스 캡시드는 종종 60개 단백질의 배수로 구성된다. 세포에서도 프로테아솜(4 헵타미 링 = 28 서브유닛), 전사 콤플렉스, 스플라이소솜 등 여러 분자 기계가 발견된다. 리보솜은 아마도 가장 큰 분자 기계일 것이며, 많은 RNA와 단백질 분자로 구성되어 있다.

어떤 경우에는 단백질이 콤플렉스를 형성하여 훨씬 더 큰 콤플렉스로 모인다. 이러한 경우, 단층부로 분리하기 전에 콤플렉스가 더 작은 하위 복합체로 분리될 수 있다는 것을 암시하기 위해 명명법(예: "디머의 다이머" 또는 "디머의 트리머")을 사용한다.

과점자를 언급할 때 흔히 행해지는 또 다른 구분은 단백질 복합체를 만들기 위해 함께 모여지는 작은 단백질 서브유닛이 서로 같은 (동음이의) 것인지 아니면 다른 (동음이의)인지를 언급하는 것이다. 예를 들어, 두 개의 동일한 단백질 모노머가 모여 호모 다이머를 형성하는 반면, 두 개의 다른 단백질 모노머는 이질 다이머를 생성한다.

구조 결정

단백질 쿼터너리 구조는 다양한 실험 조건에서 단백질 샘플을 필요로 하는 다양한 실험 기법을 사용하여 결정할 수 있다. 실험은 종종 고유 단백질 질량의 추정치를 제공하며, 질량 및/또는 서브유닛의 확률 측정과 함께 주어진 정확도로 4분위 구조를 예측할 수 있다. 다양한 이유로 항상 하위 단위 구성의 정확한 결정을 얻을 수 있는 것은 아니다.

단백질 복합체 내 서브유닛의 수는 종종 고유 용액 조건이 필요한 온전한 복합체의 유체역동 분자량 또는 질량을 측정하여 결정할 수 있다. 접힌 단백질의 경우 0.73ml/g의 일부 특정 부피를 사용하여 부피에서 질량을 추정할 수 있다. 그러나, 부피 측정은 접힌 단백질보다 펼쳐진 단백질이 훨씬 더 큰 부피를 가지는 것처럼 보이기 때문에 질량 측정보다 덜 확실하다; 단백질이 펼쳐지는지 또는 과점체가 형성되었는지 여부를 결정하기 위해 추가적인 실험이 필요하다.

단백질 2분위 구조를 연구하기 위해 사용되는 일반적인 기법

온전한 복합체의 직접 질량 측정

온전한 복합체의 직접 크기 측정

온전한 복합체의 간접적 크기 측정

일반적으로 비원성 조건의 경우 복합체가 단량체로 분리되기 때문에 전개 조건(MALDI-TOF 질량 분광 분석 및 SDS-PAGE 등)에서 질량 또는 체적을 측정하는 방법은 일반적으로 유용하지 않다. 단, 예를 들어, 실험자는 손상되지 않은 복합체를 화학적 상호 연계 시약으로 먼저 처리한 후 SDS-PAGE를 적용할 수 있다.

구조물 예측

사이비 아미노산 구성의 다양한 모드를 사용하여 단백질 서열 정보를 기반으로 단백질의 2차 구조 속성을 예측하는 생물정보학 방법이 개발되었다.[2][8][9]

단백질 3차 구조를 예측하기 위해 사용되는 단백질 접힘 예측 프로그램도 단백질 2차 구조를 더 잘 예측하기 위해 확대되고 있다. 그러한 발전 중 하나는 단백질 3차 구조를 예측하기 위해 알파폴드 모델에 구축된 알파폴드-멀티머다[10].

세포신호에서의 역할

단백질 쿼터너리 구조는 특정 세포 신호 경로에도 중요한 역할을 한다. G단백 결합 수용체 경로에는 G단백으로 알려진 이단백질이 포함된다. G-단백질에는 G-알파, G-베타, G-감마 서브유닛으로 알려진 세 개의 뚜렷한 서브유닛이 포함되어 있다. G단백질이 활성화되면 G단백 결합 수용체 단백질에 결합하고 세포신호 경로가 시작된다. 또 다른 예는 수용체 타이로신키나제(RTK) 경로로, 두 수용체 타이로신키나제 모노머의 조광화에 의해 개시된다. 조광기가 형성되면 두 개의 키나아제는 서로를 인산화하여 세포 신호 경로를 시작할 수 있다.[11]

단백질-단백질 상호작용

주요기사 : 단백질-단백질 상호작용

단백질은 매우 촘촘한 콤플렉스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 리보누클레스 억제제는 약 20 fM의 분리 상수로 리보누클레스 A에 결합한다. 다른 단백질들은 비오틴 그룹(아비딘), 인산화 티로신(SH2 도메인) 또는 프롤라인이 풍부한 세그먼트(SH3 도메인)와 같은 다른 단백질의 특이한 모이에티와 특별히 결합하도록 진화했다. 단백질-단백질 상호작용은 특정 과점 상태를 선호하도록 설계될 수 있다.[12]

내적 보완

유전자에 의해 인코딩된 폴리펩타이드의 여러 복사본이 쿼터너리 콤플렉스를 형성할 때, 이 단백질 구조를 멀티머라고 한다.[13] 멀티머가 특정 유전자의 서로 다른 두 돌연변이 알레르기에 의해 생성된 폴리펩타이드로 형성되는 경우, 혼합 멀티머는 각각의 돌연변이만으로 형성된 비혼합 멀티머보다 더 큰 기능적 활성을 보일 수 있다. 이 경우 현상을 유전적 보완(알레알레리간 보완이라고도 한다)이라고 한다. 세포 내 보완은 흔한 것으로 보이며, 곰팡이 뉴로스포라 크라사, 사카로마이오스 세레비시아, 정신분열증균 폼베, 살모넬라 티티푸륨, 바이러스 박테리오파지 T4,[14] RNA 바이러스,[15] 그리고 인간을 포함한 다양한 유기체에서 많은 다른 유전자에서 연구되어 왔다.[16] 자기 인식과 멀티머 형성을 담당할 가능성이 있는 분자간 힘은 제흘에 의해 논의되었다.[17]

조립

근처의 리보솜에서 나오는 두 개의 초기 단백질의 직접적인 상호작용은 과점 형성을 위한 일반적인 메커니즘으로 보인다.[18] 그러한 상호작용에 의해 인간 세포에 조립되는 수백 개의 단백질 과점체가 확인되었다.[18] 상호작용의 가장 일반적인 형태는 상호작용하는 단백질의 N단자 영역 사이였다. 조광기 형성은 전용 조립 기계와 독립적으로 발생할 수 있는 것으로 보인다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 여기서 4분기는 "4-원 상호작용"이 아니라 "4-수준 구조"를 의미한다. 어원학적으로 4분위가 옳다: 4분위는 라틴어의 분포수에서 파생되어 2진수와 3진수를 따른다. 반면 4분위는 라틴어의 서수번호에서 파생되어 2진수와 3진수를 따른다. 그러나 생물학에서는 4분의 1이 표준이다.

참조

  1. ^ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). "Section 3.5Quaternary Structure: Polypeptide Chains Can Assemble Into Multisubunit Structures". Biochemistry (5. ed., 4. print. ed.). New York, NY [u.a.]: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-3051-0.
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외부 링크