금속단백질

3. 금속단백질의 구조

금속단백질에서 금속 이온은 일반적으로 단백질의 아미노산 잔기에 속하는 질소, 산소 또는 황 중심에 배위된다. 이러한 공여체는 종종 아미노산 잔기의 측쇄에 의해 제공된다. 특히 중요한 것은 히스티딘 잔기의 이미다졸 치환체, 시스테인 잔기의 티올레이트 치환체, 그리고 아스파르트산에 의해 제공되는 카복실산 그룹이다. 금속프로테옴의 다양성을 고려할 때, 사실상 모든 아미노산 잔기가 금속 중심에 결합하는 것으로 나타났다. 펩타이드 주쇄 또한 공여체를 제공하며, 여기에는 탈 양성자화된 아미드와 아미드 카보닐 산소 중심이 포함된다.^[10]

아미노산 잔기에 의해 제공되는 공여체 외에도, 많은 유기 보조 인자가 리간드로 작용한다. 아마도 가장 유명한 것은 헴 단백질에 통합된 4자리 N₄ 거대 고리 리간드이다. 황화물 및 산화물과 같은 무기 리간드도 흔하다.

4. 금속 효소

금속 효소는 금속 이온을 보조 인자로 사용하여 촉매 작용을 하는 효소이다.

• 탄산무수화효소: 이산화 탄소와 물의 가역 반응을 촉매하는 효소로, 아연(Zn) 이온을 포함한다. 활성 부위는 세 개의 히스티딘 잔기로부터 나온 세 개의 이미다졸 질소 원자가 배위된 아연 이온으로 구성된다. 네 번째 배위 자리는 물 분자가 차지하며, 아연 이온의 배위구는 대략 사면체 분자 구조이다. 양전하를 띤 아연 이온은 배위된 물 분자를 편극시키고, 음전하를 띤 수산화물 부분의 친핵성 공격은 이산화 탄소에서 빠르게 진행된다.^[2] 촉매 주기는 화학 평형으로서 중탄산염 이온과 수소 이온을 생성한다.^[27]

• 비타민 B₁₂ 의존 효소: 코발트(Co)를 포함하는 코발라민(비타민 B₁₂)을 보조 인자로 사용한다. 도로시 호지킨과 동료들이 밝혀낸 이 조효소의 구조는 코린 고리의 네 개의 질소 원자에 배위된 코발트(II) 이온과 이미다졸 그룹의 다섯 번째 질소 원자로 구성된다.^[29]
• 나이트로게네이스: 질소 고정 반응을 촉매하는 효소로, 철(Fe)과 몰리브덴(Mo)을 포함한다. 활성 부위는 이질소 분자를 결합하고 환원 과정을 시작할 수 있는 MoFe₇S₈ 클러스터를 포함하는 것으로 보인다.^[31]
• 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제(SOD): 활성 산소의 일종인 슈퍼옥사이드를 제거하는 효소로, 구리(Cu), 아연(Zn), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni) 등을 포함한다. 인간 SOD에서 활성 금속은 Cu(II) 또는 Cu(I)로 구리이며, 네 개의 히스티딘 잔기에 의해 사면체 분자 구조로 배위된다.^[33]
• -
• 엽록소 함유 단백질: 광합성에 관여하는 단백질로, 마그네슘(Mg)을 포함하는 엽록소를 가지고 있다.
• 수소화효소: 수소 분자의 산화/환원 반응을 촉매하는 효소로, 철(Fe) 또는 니켈(Ni)을 포함한다.^[36]

5. 인체와 금속

인체 내 대부분의 금속은 단백질에 결합되어 있다. 예를 들어, 인체 내 철의 비교적 높은 농도는 대부분 헤모글로빈 내 철 때문이다.^[7]

철은 페리틴 내에서 철(III) 형태로 저장되며, 트랜스페린에 의해 운반된다.^[22] 인체는 철 배출을 위한 통제된 메커니즘이 없으므로,^[23] 수혈 치료를 받는 환자에게 철 과부하 문제가 발생할 수 있다. 철은 소변^[24]과 대변으로 배설되는 담즙에 농축된다.^[25][26]

세룰로플라스민은 혈액 내 주요 구리 운반 단백질로, Fe(II)를 Fe(III)로 산화시켜 전달단백질과 함께 혈장에서 철의 운반을 돕는다.

6. 금속단백질과 질병

금속단백질의 기능 이상은 다양한 질병을 유발할 수 있다. 철 결핍성 빈혈은 헤모글로빈 합성 부족으로 인해 발생한다. 윌슨병은 구리 대사 이상으로 인해 간, 뇌 등에 구리가 축적되어 발생하는 질환이다. 알츠하이머병은 아연, 구리 등의 금속 이온 대사 이상이 발병에 관여할 수 있다는 연구 결과가 있다.

철은 페리틴 내에서 철(III) 형태로 저장된다. 철은 트랜스페린에 의해 운반되며, 트랜스페린은 두 개의 티로신, 하나의 아스파르트산 및 하나의 히스티딘으로 구성된 결합 부위를 가진다.^[22] 인체는 철 배출을 위한 통제된 메커니즘이 없으므로,^[23] β-지중해 빈혈 환자와 같이 수혈 치료를 받는 환자에게 철 과부하 문제를 야기할 수 있다. 철은 소변^[24]과 담즙^[25][26]을 통해 대변으로 배설된다.

7. 한국 사회와 금속단백질

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참조

_[1] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[2] 서적 Inorganic chemistry Oxford University Press
_[3] 웹사이트 Human reference proteome https://www.uniprot.[...] 2018-01-12
_[4] 논문 Zinc through the three domains of life 2006-11
_[5] 논문 Bioinorganic chemistry http://authors.libra[...]
_[6] 논문 How do bacterial cells ensure that metalloproteins get the correct metal? 2009-01
_[7] 서적 Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases Springer
_[8] 논문 Unevolved De Novo Proteins Have Innate Tendencies to Bind Transition Metals
_[9] 논문 Metalloproteomics, metalloproteomes, and the annotation of metalloproteins 2010-02
_[10] 서적 Lead: Its Effects on Environment and Health de Gruyter 2017
_[11] 문서 Fig.25.7, p 1100 illustrates the structure of deoxyhemoglobin
_[12] 논문 Dioxygen and hemerythrin
_[13] 논문 Reversible dioxygen binding to hemerythrin 2003-04
_[14] 논문 Dioxygen–copper reactivity. Reversible binding of O₂ and CO to a phenoxo-bridged dicopper(I) complex
_[15] 논문 A new model for dioxygen binding in hemocyanin. Synthesis, characterization, and molecular structure of the ''μ''-''η''²:''η''²-peroxo dinuclear copper(II) complexes, [Cu(Hb(3,5-R₂pz)₃)]₂(O₂) (R = isopropyl and Ph)
_[16] 서적 Handbook of Metalloproteins Wiley
_[17] 서적 Cytochrome c: Structural and Physicochemical Aspects Springer
_[18] 서적 The Ubiquitous Roles of Cytochrome 450 Proteins Wiley
_[19] 서적 Cytochrome P450 Structure, Mechanism, and Biochemistry Springer
_[20] 논문 X-Ray Crystal-Structure Analysis of Plastocyanin at 2.7 Å Resolution
_[21] 논문 Spectroscopic Studies of Active Sites. Blue Copper and Electronic Structural Analogs
_[22] 논문 Structure of human lactoferrin at 3.2-A resolution 1987-04
_[23] 논문 The Regulation of Iron Absorption and Homeostasis 2016-05
_[24] 논문 Iron, copper and zinc levels in urine: relationship to various individual factors 1995-12
_[25] 논문 Iron absorption and biliary excretion of transferrin in rats 1986
_[26] 웹사이트 Biliary excretion of waste products http://arbl.cvmbs.co[...] 2017-03-24
_[27] 논문 Structure and mechanism of carbonic anhydrase
_[28] 서적 Metal–carbon bonds in enzymes and cofactors Wiley
_[29] 웹사이트 The Nobel Prize in Chemistry 1964 http://nobelprize.or[...] Nobelprize.org 2008-10-06
_[30] 논문 The Structure of the Corrin Nucleus from X-ray Analysis
_[31] 서적 Molybdenum enzymes, cofactors and model systems https://archive.org/[...] American Chemical Society
_[32] 논문 The nitrogenase FeMo-cofactor and P-cluster pair: 2.2 A resolution structures 1993-05
_[33] 서적 Superoxide Dismutase: 349 (Methods in Enzymology) Academic Press
_[34] 서적 Biochemie und Pathobiochemie Springer
_[35] 논문 Nickel superoxide dismutase structure and mechanism 2004-06
_[36] 서적 The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment Springer
_[37] 논문 Ribozymes: a distinct class of metalloenzymes 1993-08
_[38] 논문 Three metal ions at the active site of the Tetrahymena group I ribozyme 1999-10
_[39] 논문 New classes of self-cleaving ribozymes revealed by comparative genomics analysis 2015-08
_[40] 논문 A DNA enzyme that cleaves RNA 1994-12
_[41] 논문 Pursuing DNA catalysts for protein modification 2015-05
_[42] 논문 A general purpose RNA-cleaving DNA enzyme 1997-04
_[43] 논문 A DNA enzyme that cleaves RNA 1994-12
_[44] 논문 A catalytic beacon sensor for uranium with parts-per-trillion sensitivity and millionfold selectivity 2007-02
_[45] 논문 In vitro selection of a sodium-specific DNAzyme and its application in intracellular sensing 2015-05
_[46] 논문 Calmodulin: an introduction 1983-08
_[47] 논문 Calmodulin: a prototypical calcium sensor 2000-08
_[48] 논문 Zinc finger domains: hypotheses and current knowledge
_[49] 서적 The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment Springer
_[50] 서적 Lead: Its Effects on Environment and Health de Gruyter 2017
_[51] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[52] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[53] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[54] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[55] 서적 Nickel and Its Surprising Impact in Nature Wiley
_[56] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[57] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[58] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[59] 서적 Cadmium: From Toxicity to Essentiality Springer
_[60] 서적 Cadmium: From Toxicity to Essentiality Springer
_[61] 서적 Metallomics and the Cell Springer
_[62] 서적 The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment Springer
_[63] 서적 Handbook of Metalloproteins https://archive.org/[...] Wiley
_[64] 서적 The Ubiquitous Roles of Cytochrome450 Proteins Wiley
_[65] 서적 Cytochrome P450 Structure, Mechanism, and Biochemistry https://archive.org/[...] Springer