단백질(protein)

 

 

 

사진: Unsplash의Towfiqu barbhuiya

단백질은 생명 현상을 구현하는 '분자 기계'로, 그 복잡성과 기능의 다양성은 현대 생화학의 핵심 연구 대상입니다.

1. 분자 구조의 계층적 시스템

• 1차 구조: 20종 아미노산의 특이적 배열
• (예: 인슐린은 A·B사슬 간 2개의 디설파이드 결합)
• 2차 구조: α-helix(우회구조)와 β-sheet(병풍구조) 형성
• → 헤모글로빈은 70% α-helix 비율
• 3차 구조: 소수성 상호작용으로 인한 폴딩
• (미스폴딩 시 알츠하이머병 유발 가능성)
• 4차 구조: 다중 서브유닛 조합
• → 헤모글로빈은 α2β2 4중체 구조

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2. 기능별 분류 시스템

graph LR A[구조단백질] --> B[콜라겐<br>피부 탄력 유지] C[효소] --> D[DNA 폴리메라스<br>초당 1000염기 복제] E[운반체] --> F[헤모글로빈<br>O2 4분자 결합] G[방어단백질] --> H[항체 IgG<br>Y형 구조 항원인식]

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3. 생합성 공정 (중심원리)

1. 전사: DNA → mRNA (리보솥 결합부위 생성)
2. 개시: 30S 리보솜 소단위체 + fMet-tRNA 결합
3. 신장: EF-Tu 효소가 아미노아실-tRNA 공급
4. 종결: Release factor가 UAA 코돈 인식

에너지 소비량: 1개 펩타이드 결합 형성에 GTP 4분자 소모

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4. 질병 연관 메커니즘

• 프리온병: PrP^C → PrP^Sc 변이로 β-sheet 43% 증가
• 낭포성 섬유증: CFTR 단백질 508번 페닐알라닌 결실
• 암 발생: p53 단백질 변이로 세포주기 조절 장애

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5. 현대 연구 트렌드

• 크라이오전자현미경: 2.4Å 해상도로 단백질 입체구조 분석
• 알파폴드2: 딥러닝 기반 3D 구조 예측 정확도 92% 달성
• PROTAC 기술: E3 리가아제 활용해 표적 단백질 분해 유도

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단백질 연구는 현재 글로벌 바이오 시장의 62%를 차지하며, 2025년 기준 단백질 치료제 시장 규모는 2,850억 달러에 달할 것으로 전망됩니다. 특히 암 표적 치료제 개발에서 단백질 구조기반 약물 설계가 혁신적 성과를 내고 있습니다.