단백질생성성 아미노산

3. 화학적 특성

표준 아미노산들의 곁사슬의 화학적 특성은 다음과 같다.

pKa 값은 아스파르트산(Asp), 시스테인(Cys), 글루탐산(Glu), 히스티딘(His), 리신(Lys), 티로신(Tyr)의 경우 알라닌 펜타펩타이드의 중앙에 위치한 아미노산 잔기를 사용하여 결정되었다.^[26] 아르기닌(Arg)의 pKa 값은 페이스(Pace) 등의 저자들의 논문(2009)에서 가져왔다.^[27] 셀레노시스테인(Sec)의 pKa 값은 변(Byun)과 강(Kang)의 논문(2011)에서 가져왔다.^[28]

펩타이드 결합이 형성될 때 물 분자가 제거되므로, 단백질의 질량은 구성 아미노산들의 질량에서 펩타이드 결합당 18.01524 Da을 뺀 값과 같다.

작은 펩타이드에 있는 아미노산 잔기의 pKa 값은 단백질 내부에 있을 때와 약간 다를 수 있다. 단백질 pKa 계산을 통해 이러한 상황에서 아미노산 잔기의 pKa 값 변화를 계산하기도 한다.

3. 1. 일반 화학적 특성

펩타이드 결합을 형성하면 물 분자가 제거된다. 따라서 단백질의 질량은 펩타이드 결합당 18.01524 Da을 뺀 값으로 구성된 아미노산들의 질량과 같다.

3. 2. 곁사슬의 특성

위 표에서 pKa 값은 아스파르트산(Asp), 시스테인(Cys), 글루탐산(Glu), 히스티딘(His), 리신(Lys), 티로신(Tyr)의 경우 알라닌 펜타펩타이드의 중앙에 위치한 아미노산 잔기를 사용하여 결정되었다.^[26] 아르기닌(Arg)의 pKa 값은 페이스(Pace) 등의 저자들의 논문(2009)에서 가져왔다.^[27] 셀레노시스테인(Sec)의 pKa 값은 변(Byun)과 강(Kang)의 논문(2011)에서 가져왔다.^[28] 피롤리신(Pyl)의 pKa 값은 아직 보고되지 않았다.

작은 펩타이드에 있는 아미노산 잔기의 pKa 값은 단백질 내부에 있을 때와 약간 다를 수 있다. 단백질 pKa 계산을 통해 이러한 상황에서 아미노산 잔기의 pKa 값 변화를 계산하기도 한다.

펩타이드 결합이 형성될 때 물 분자가 제거되므로, 단백질의 질량은 구성 아미노산들의 질량에서 펩타이드 결합당 18.01524 Da을 뺀 값과 같다.

3. 2. 1. 전하와 극성

히스티딘의 이미다졸 고리는 생리적 pH 범위에서 양성자화되거나 탈양성자화될 수 있는 독특한 특성을 가지고 있다.^[26] 이러한 특성 덕분에 히스티딘은 많은 효소의 활성 부위에서 중요한 역할을 하며, 단백질의 완충 능력에도 기여한다.

3. 2. 2. 소수성과 방향족성

• 소수성 아미노산: 알라닌(A), 발린(V), 류신(L), 아이소류신(I), 페닐알라닌(F), 트립토판(W), 메티오닌(M), 프롤린(P)은 물과의 상호작용을 피하려는 경향이 있다. 이들은 주로 단백질 내부에서 발견되며 단백질의 3차원 구조를 안정화시킨다.
• 방향족 아미노산: 페닐알라닌(F), 트립토판(W), 티로신(Y)은 방향족 고리를 가지고 있다. 이들은 단백질 내에서 서로 쌓이는 상호작용을 통해 단백질 구조를 안정화하는 데 기여한다.

3. 2. 3. 크기와 유연성

3. 2. 4. 반응성

4. 유전자 발현 및 생화학

단백질생성성 아미노산의 유전자 발현 및 생화학적 특징은 다음과 같다.

각 아미노산은 DNA 또는 mRNA의 염기 서열에 있는 특정 코돈에 의해 암호화된다. 아미노산은 생물 종에 따라 다른 빈도로 단백질 내에 존재하며, 사람의 경우 필수 아미노산과 조건부 필수 아미노산으로 구분된다.^[30]

4. 1. 코돈 및 유전 암호

UAG는 일반적으로 종결 코돈 (앰버 종결 코돈)으로 작용하지만, PYLIS 요소가 존재하면 파이롤라이신을 암호화한다.^[9] UGA는 보통 종결 코돈 (오팔 또는 옴버 종결 코돈)으로 작용하지만, SECIS 요소가 존재하면 셀레노시스테인을 암호화한다.^[10]

4. 2. 필수 아미노산

시스테인, 글루탐산, 글리신, 아르기닌, 티로신은 준필수 아미노산으로 분류된다. 준필수 아미노산은 체내에서 합성될 수 있지만, 특정 상황에서는 합성량이 충분하지 않을 수 있어 외부로부터의 섭취가 필요할 수 있다.^[20]

4. 3. 아미노산의 존재 비율

다양한 생물 종에서 아미노산의 존재 비율은 단백질의 기능과 구조에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 위 표는 고세균, 세균, 진핵생물, 그리고 사람의 단백질 내 아미노산 조성 비율(%)을 나타낸다.^[10]

5. 질량분석법

펩타이드와 단백질의 질량분석법에서 잔기의 질량에 대한 지식은 유용하다. 펩타이드 또는 단백질의 질량은 잔기 질량의 합에 물의 질량(단일 동위원소 질량 = 18.01056 Da, 평균 질량 = 18.0153 Da)을 더한 값이다. 잔기 질량은 화학식과 원자량을 사용하여 계산한다.^[31] 질량분석법에서 이온은 하나 이상의 양성자(단일 동위원소 질량 = 1.00728 Da)를 포함할 수도 있다.

§ 단일 동위원소 질량

6. 세포의 화학량론 및 대사 비용

다음 표는 대장균 세포에서 발견되는 아미노산의 풍부도와 아미노산 합성에 필요한 대사 비용(ATP)을 나타낸다. 음수 값은 해당 대사 과정이 에너지적으로 유리하여 세포의 ATP를 소모하지 않는다는 것을 의미한다.^[32] 풍부도는 세포 내에서 자유롭게 존재하는 형태와 중합된 형태(단백질)의 아미노산을 모두 포함한다.

7. 이화작용

• 포도당생성성 아미노산 – 포도당신생합성에 의해 포도당으로 전환될 수 있는 아미노산이다.
• 케톤체생성성 아미노산 – 케톤체의 전구체인 아세틸-CoA로 직접적으로 분해될 수 있는 아미노산이다. 이들은 케톤체생성 또는 지질 합성에 사용될 수 있다.
• 포도당생성성 아미노산이면서 케톤체생성성 아미노산이기도 한 아미노산

8. 비고

참조

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_[2] 논문 Dual functions of codons in the genetic code 2010-08
_[3] 논문 Adult amino acid requirements: the case for a major revision in current recommendations http://jn.nutrition.[...] 1994-08
_[4] 논문 A model of proto-anti-codon RNA enzymes requiring L-amino acid homochirality 2011-08
_[5] 논문 Selective incorporation of proteinaceous over nonproteinaceous cationic amino acids in model prebiotic oligomerization reactions 2019-08-13
_[6] 논문 pK values of the ionizable groups of proteins 2006-05
_[7] 논문 Protein ionizable groups: pK values and their contribution to protein stability and solubility 2009-05
_[8] 논문 Conformational preferences and pK(a) value of selenocysteine residue 2011-05
_[9] 논문 Selenocysteine, pyrrolysine, and the unique energy metabolism of methanogenic archaea 2010-08
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