생물물리화학 방법론 -단백질 정제
생물물리화학은생체내에서일어나고있는다양한생명현상그리고 생체분자의구조와성질을물리화학적사고와법칙을기초로이해하 고자하는학문이다.
단백질 사이즈 무게 / 플러스 마이너스 charge
Introduction of biophysical chemistry (Chap 1)
• Chromatography (Chap 2)-분리방법 사이즈
ü Lab – Protein purification using FPLC (fast protein liquid chromatography) • Spectroscopic techniques (Chap 3) – visible light, UV, fluorescence,
polarized light, surface plasmon resonance
ry (BLI)
• Electrophoresis (Chap 5) – denaturing/nondenaturing, DNA sequencing-어떤단백질인지 알 수 있음
ü Lab – Protein-DNA interactions analyzed by native PAGE • The three-dimensional structure of macromolecules (Chap 6)
ü Lab – Visualization of three dimensional structures • Mass spectrometry (Chap 4)
단백질 구성과 특징
• 단백질(protein)은 아미노산(amino acid)의 중합체임.-중요함
• 아미노산의 구성
Amino Side chain group
(R-group)
Ø Central carbon atom
Ø Amino group (-NH2)
Carboxyl Ø Carboxyl group (-COOH)
group
Ø Side chain (R-group)
Hydrogen- proton
Central carbon Ø Hydrogen (-H)
(Cα)
• 단백질을 구성하는 아미노산은 20개이며 이들은 다른 종
류의 side chain을 지님. • side chain은 크기, 모양, 전하, 극성(polarity)가 다름.
아미노산의 성질 • side chain은 크기, 모양, 전하, 극성(polarity)가
다르기 때문에 아미노산의 성질을 결정함.
Hydrophobic (소수성)- 물을 싫어함-단백질 모양을 결정
Hydrophilic (친수성), non-charged
Hydrophilic,
Hydrophilic, Negatively
Positively charged
charged
단백질의 펩티드결합 • 단백질(protein)은 아미노산(amino acid)이 펩티드
결합(peptide bond)에 의해 연결된 중합체임.-단백질 공유
아미노산 side chain - 단백질의 성질과 구조를 결정
side chain main chain side chain
main chain side chain
Macromolecular interactions
q Hydrogen bonds (H-bonds) q Ionic interactions (salt bridges) q van der Waals interactions q Hydrophobic interactions q Disulfide bonds-multiple한 cistain 산화 환원 공유결합
단백질 구조의 4 단계
v 단백질은 다음의 4단계 구조를 지닐 수 있음.
ü 1차 구조 (primary structure)
ü 2차 구조 (secondary structure)
ü 3차 구조 (tertiary structure)
ü 4차 구조 (quaternary structure)
단백질의 1차 구조-정상적인 기능
• 단백질의 1차 구조는 사슬을 이루는 아미노산의 서열임.
성장호르몬(growth hormone)의 1차구조
N-말단
C-말단
Signal peptide + secreted part
MATGSRTSLL LAFGLLCLPW LQEGSAFPTI PLSRLFDNAM LRAHRLHQLA FDTYQEFEEA YIPKEQKYSF LQNPQTSLCF SESIPTPSNR EETQQKSNLE LLRISLLLIQ SWLEPVQFLR SVFANSLVYG ASDSNVYDLL KDLEEGIQTL MGRLEDGSPR TGQIFKQTYS KFDTNSHNDD ALLKNYGLLY CFRKDMDKVE TFLRIVQCRS VEGSCGF
단백질의 2차 구조
• 2차구조는 단백질에 공통적으로 나타나는 반복적인 구조임. • 주요 2차구조
- Alpha helix (α-helix)
- Beta strand (β-strand) or beta sheet (β-sheet)
단백질의 2차 구조 - α-helix co, NH가 i상호작용
• 2차구조는 main chain의 수소결합에 의해 결정됨. • α-helix: residue “i”의 carbonyl oxygen과 residue “i+4”의 amide
사이의 수소결합
단백질의 2차 구조 - β-strand
• β-strand 사이의 수소결합이 β-sheet를 형성하게 함.
β-strand 1 β-strand 2
β-sheet
β-strand 3
단백질의 3차 구조
• 3차구조는 단일 단백질의 3차원적 구조를 지칭함. • 2차구조인 α-helix, β-strand, loop 등이 접혀 compact globule인 단일
도메인(domain)을형성함. • 2개 이상의 도메인이 접혀 단일 단백질을 형성하는 경우도 있음.
Single-domain structure e.g. 성장호르몬
Four-domain structure
단백질의 4차 구조- 서로다른 peptide가두개이상
• 2개 이상의 단백질이 결합하여 복합체를 형성하는 경우
4차구조가 만들어짐.-분리, aminoacid의 경우
Homotrimer
Heterotrimer (1:2)
Filament
Hemagglutinin Epo: receptor
Flagellin
수용성 단백질의 구조적 특성
• 수용성 단백질의 중심부
- 주로 소수성 아미노산으로 구성된
촘촘한 구조로 물분자와 접촉하지 않음.
- 소수성결합(hydrophobic
소수성 중심부
interaction)이 중심부 형성에 중요함.
친수성 표면
• 수용성 단백질의 표면
- 물에 노출되어 있기 때문에물 분자친수성 아미노산이 안정하게
위치할 수 있음.Nucleic Acids-결합 purines pyrimidines 무한정반복
• DNA and RNA-> 무한정 반복 순차적으로 연결 • Monomer – nucleotide
(deoxyribonucleotide vs ribonucleotide) DNA vs RNA