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입체구조적 변화

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목차

1. 개요

입체구조적 변화는 거대 분자의 구조적 변화를 연구하는 것으로, 결정학, 핵자기 공명 분광법, 전자 상자성 공명, 원편광 이색성, 수소-중수소 교환 반응, Förster 공명 에너지 전달, 이중 편광 간섭 측정법, 2차 고조파 발생, 전기적 전환 가능 바이오 표면, DNA 나노안테나 등을 활용하여 분석한다. 이러한 기술들은 단백질의 움직임을 탐지하고, 구조 변화를 시각화하는 데 기여한다. 계산적 분석 방법으로는 탄성 네트워크 모델 기반 분석 등이 사용된다. 입체구조적 변화는 ABC 수송체, 촉매 작용, 세포 내 운동, 단백질 복합체 형성, 단백질 폴딩, 이온 채널, 기계 수용기, 알로스테릭 조절, 세포막을 통한 물질 수송 등 다양한 생체 기능에 중요한 역할을 한다.

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입체구조적 변화
개요
정의거대 분자의 형태 변화. 환경적 요인에 의해 유발됨.
상세 정보
관련 분야단백질 동역학
설명단백질은 움직인다! 단백질 동역학과 세포 신호 전달에서의 장거리 알로스테리.
참고 문헌숨겨진 프롤린 이성질화 효소의 대체 구조는 촉매 작용에 필수적이다.

2. 실험적 분석 방법

결정학, NMR, 스핀 표지 기술을 이용한 전자 상자성 공명 (EPR), 원편광 이색성 (CD), 수소-중수소 교환 반응, FRET 등 거의 모든 생물물리학적 기술을 이용하여 거대 분자의 입체구조적 변화를 연구할 수 있다.[3] 이중 편광 간섭 측정법은 생체 분자의 입체구조적 변화에 대한 정보를 제공할 수 있는 데스크톱 기술이다.[3]

최근에는 2차 고조파 발생 (SHG)이라는 특정 비선형 광학 기술이 단백질의 입체구조적 변화 연구에 적용되고 있다.[4][22] 이 방법에서는 단백질 내에서 움직임이 발생하는 위치에 2차 고조파 활성 탐침을 배치하고, 단백질을 표면에 흡착시키거나 특이적으로 고정시킨다. 단백질의 입체구조 변화는 표면 평면에 대한 염료의 순 방향 변화를 유발하며, 따라서 2차 고조파 빔의 세기도 변화한다. 잘 정의된 방향성을 가진 단백질 시료에서 탐침의 기울기 각도를 실제 공간과 실시간으로 정량적으로 결정할 수 있다. 2차 고조파 활성 비자연 아미노산도 탐침으로 사용할 수 있다.

또 다른 방법은 전기적 전환 가능 바이오 표면을 적용하는 것으로, 단백질을 짧은 DNA 분자 위에 위치시키고, 교류 전압을 가하여 완충 용액을 통과시켜 끌어당긴다. 최종적으로 유체역학적 마찰에 따라 속도를 측정함으로써 입체구조적 변화를 시각화할 수 있다.

DNA로 만들어진 "나노안테나"를 단백질에 부착하여 독특한 입체구조적 변화에 대해 형광을 통해 신호를 생성할 수 있다.[5][6]

2. 1. 전통적인 생물리학적 기술

결정학, NMR, 스핀 표지 기술을 이용한 전자 상자성 공명 (EPR), 원편광 이색성 (CD), 수소-중수소 교환 반응, FRET 등 거의 모든 생물물리학적 기술을 이용하여 거대 분자의 입체구조적 변화를 연구할 수 있다.[3] 이중 편광 간섭 측정법은 생체 분자의 입체구조적 변화에 대한 정보를 제공할 수 있는 데스크톱 기술이다.[3]

최근에는 2차 고조파 발생 (SHG)이라는 특정 비선형 광학 기술이 단백질의 입체구조적 변화 연구에 적용되고 있다.[4][22] 이 방법에서는 단백질 내에서 움직임이 발생하는 위치에 2차 고조파 활성 탐침을 배치하고, 단백질을 표면에 흡착시키거나 특이적으로 고정시킨다. 단백질의 입체구조 변화는 표면 평면에 대한 염료의 순 방향 변화를 유발하며, 따라서 2차 고조파 빔의 세기도 변화한다. 잘 정의된 방향성을 가진 단백질 시료에서 탐침의 기울기 각도를 실제 공간과 실시간으로 정량적으로 결정할 수 있다. 2차 고조파 활성 비자연 아미노산도 탐침으로 사용할 수 있다.

또 다른 방법은 전기적 전환 가능 바이오 표면을 적용하는 것으로, 단백질을 짧은 DNA 분자 위에 위치시키고, 교류 전압을 가하여 완충 용액을 통과시켜 끌어당긴다. 최종적으로 유체역학적 마찰에 따라 속도를 측정함으로써 입체구조적 변화를 시각화할 수 있다.

DNA로 만들어진 "나노안테나"를 단백질에 부착하여 독특한 입체구조적 변화에 대해 형광을 통해 신호를 생성할 수 있다.[5][6]

2. 2. 최신 광학 기술

결정학, NMR, 스핀 표지 기술을 이용한 전자 상자성 공명(EPR), 원편광 이색성(CD), 수소-중수소 교환 반응 및 FRET 등 다양한 생물물리학적 기술을 사용하여 거대 분자의 입체구조적 변화를 연구할 수 있다. 이중 편광 간섭 측정법은 생체 분자의 입체구조적 변화에 대한 정보를 제공하는 기술이다.[3]

최근에는 2차 고조파 발생(SHG)이라는 비선형 광학 기술이 단백질의 입체구조적 변화 연구에 적용되고 있다.[4] 이 방법에서는 단백질 내 움직임이 발생하는 위치에 2차 고조파 활성 탐침을 배치하고, 단백질을 표면에 흡착시키거나 특이적으로 고정시킨다. 단백질의 입체구조 변화는 표면 평면에 대한 염료의 순 방향 변화를 유발하며, 2차 고조파 빔의 세기도 변화한다. 잘 정의된 방향성을 가진 단백질 시료에서 탐침의 기울기 각도를 실시간으로 정량적으로 결정할 수 있다. 2차 고조파 활성 비자연 아미노산도 탐침으로 사용할 수 있다.

전기적 전환 가능 바이오 표면을 적용하여 단백질을 짧은 DNA 분자 위에 위치시키고, 교류 전압을 가하여 완충 용액을 통과시켜 끌어당기는 방법으로도 입체구조적 변화를 시각화할 수 있다.

DNA로 만들어진 "나노안테나"를 단백질에 부착하여 독특한 입체구조적 변화에 대해 형광을 통해 신호를 생성할 수도 있다.[5][6]

2. 3. 기타 방법

거의 모든 생물물리학적 기술을 이용하여 거대 분자의 입체구조적 변화를 연구할 수 있다. 예를 들어 결정학, NMR, 스핀 표지 기술을 이용한 전자 상자성 공명(EPR), 원편광 이색성(CD), 수소-중수소 교환 반응 및 FRET 등이 있다. 이중 편광 간섭 측정법은 생체 분자의 입체구조적 변화에 대한 정보를 제공할 수 있는 기술이다.[3]

최근에는 2차 고조파 발생(SHG)이라는 특정 비선형 광학 기술이 단백질의 입체구조적 변화 연구에 적용되고 있다.[4] 이 방법에서는 단백질 내에서 움직임이 발생하는 위치에 2차 고조파 활성 탐침을 배치하고, 단백질을 표면에 흡착시키거나 특이적으로 고정시킨다. 단백질의 입체구조 변화는 표면 평면에 대한 염료의 순 방향 변화를 유발하며, 따라서 2차 고조파 빔의 세기도 변화한다. 잘 정의된 방향성을 가진 단백질 시료에서 탐침의 기울기 각도를 실제 공간과 실시간으로 정량적으로 결정할 수 있다. 2차 고조파 활성 비자연 아미노산도 탐침으로 사용할 수 있다.

또 다른 방법은 전기적 전환 가능 바이오 표면을 적용하는 것으로, 단백질을 짧은 DNA 분자 위에 위치시키고, 교류 전압을 가하여 완충 용액을 통과시켜 끌어당긴다. 최종적으로 유체역학적 마찰에 따라 속도를 측정함으로써 입체구조적 변화를 시각화할 수 있다.

DNA로 만들어진 "나노안테나"를 단백질에 부착하여 독특한 입체구조적 변화에 대해 형광을 통해 신호를 생성할 수 있다.[5][6]

3. 계산적 분석 방법

X선 결정학은 원자 수준에서 구조 변화에 대한 정보를 제공할 수 있지만, 이러한 실험의 비용과 어려움 때문에 계산 방법이 매력적인 대안이 된다.[7] 탄성 네트워크 모델을 사용한 일반적인 모드 분석, 예를 들어 가우시안 네트워크 모델은 분자 동역학 궤적과 알려진 구조를 탐색하는 데 사용될 수 있다.[8][9] ProDy는 이러한 분석에 널리 사용되는 도구이다.[10]

3. 1. 탄성 네트워크 모델 기반 분석

X선 결정학은 원자 수준에서 구조 변화에 대한 정보를 제공할 수 있지만, 이러한 실험의 비용과 어려움 때문에 계산 방법이 매력적인 대안이 된다.[7] 탄성 네트워크 모델을 사용한 일반적인 모드 분석, 예를 들어 가우시안 네트워크 모델은 분자 동역학 궤적과 알려진 구조를 탐색하는 데 사용될 수 있다.[8][9] ProDy는 이러한 분석에 널리 사용되는 도구이다.[10]

4. 입체구조적 변화의 중요성

입체구조적 변화는 다음과 같은 다양한 생체 기능 및 과정에서 중요한 역할을 한다.

5. 관련 항목

wikitext


  • 단백질 구조 다양성 데이터베이스
  • 단백질 동역학/Protein dynamics영어
  • 고분자 운동 데이터베이스/Database of Molecular Motions영어 (molmovdb)

참조

[1] 서적 Protein Structure and Diseases
[2] 논문 Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis 2009-12
[3] 논문 Real time, high resolution studies of protein adsorption and structure at the solid–liquid interface using dual polarization interferometry https://iopscience.i[...] 2004-06-19
[4] 논문 A second-harmonic-active unnatural amino acid as a structural probe of biomolecules on surfaces 2008-11
[5] 뉴스 Chemists use DNA to build the world's tiniest antenna https://phys.org/new[...] University of Montreal 2022-01-19
[6] 논문 Monitoring protein conformational changes using fluorescent nanoantennas 2022-01
[7] 논문 Chapter 3. High-throughput protein purification for x-ray crystallography and NMR 2008-01-01
[8] 논문 Long-range correlation in protein dynamics: Confirmation by structural data and normal mode analysis 2020-02
[9] 논문 A comparative study of motor-protein motions by using a simple elastic-network model 2003-11
[10] 논문 ProDy: protein dynamics inferred from theory and experiments 2011-06
[11] 서적 ABC Transporters in Microorganisms Caister Academic
[12] 논문 At the dawn of the 21st century: Is dynamics the missing link for understanding enzyme catalysis? 2010-05
[13] 서적 Mechanics of motor proteins and the cytoskeleton Sinauer Associates 2001
[14] 논문 Controllable Activation of Nanoscale Dynamics in a Disordered Protein Alters Binding Kinetics 2017-04
[15] 서적 Ion Channels of Excitable Membranes Sinauer Associates, Inc.
[16] 논문 α-Catenin Structure and Nanoscale Dynamics in Solution and in Complex with F-Actin 2018-08
[17] 서적 Biochemistry John Wiley & Sons 2011
[18] 웹사이트 Kimball's Biology pages http://users.rcn.com[...] 2009-01-25
[19] 서적 Bacteria in Biology, Biotechnology and Medicine Wiley
[20] 서적 Proteins move! Protein dynamics and long-range allostery in cell signaling
[21] 논문 Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis 2009-12
[22] 논문 A Second-Harmonic-Active Unnatural Amino Acid as a Structural Probe of Biomolecules on Surfaces 2008
[23] 서적 ABC Transporters in Microorganisms Caister Academic
[24] 논문 At the dawn of the 21st century: Is dynamics the missing link for understanding enzyme catalysis? 2010-05
[25] 서적 Mechanics of motor proteins and the cytoskeleton Sinauer Associates 2001
[26] 논문 Controllable Activation of Nanoscale Dynamics in a Disordered Protein Alters Binding Kinetics 2017-04
[27] 서적 Ion Channels of Excitable Membranes Sinauer Associates, Inc.
[28] 논문 Alpha-catenin structure and nanoscale dynamics in solution and in complex with F-actin https://www.cell.com[...] 2018-08-21
[29] 서적 Biochemistry John Wiley & Sons 2011
[30] 웹사이트 Kimball's Biology pages http://users.rcn.com[...] 2009-01-25
[31] 서적 Bacteria in Biology, Biotechnology and Medicine Wiley
[32] 서적 Protein Structure and Diseases
[33] 저널 Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis 2009-12


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