Rnase 수명이 긴 이유는 무엇인가요?
Rnase는 열을 가하고 나서도 천천히 식히면 다시 3차 구조를 회복할 수 있고 RNA와 함께 냉장 보관해도 활성이 살아있다고 하는데, 이렇게 Rnase 수명이 긴 이유는 무엇인가요?
안녕하세요! 과학전문가입니다.
단백질의 열/화학 안정성은 단백질의 구조와 구조를 유지하는 힘을 아시면 이해하실 수 있습니다!
아시다시피 단백질은
아미노산의 N 말단(아민기)과 C 말단(카르복실기)가 펩타이드 결합으로 연결된 것이 1차구조 (벽돌),
근접한 아미노산이 수소결합을 통해 alpha helix, beta sheet구조를 형성한 것을 2차구조 (벽, 바닥, 철골 1개),
그리고 2차구조를 골격으로 고유의 모양을 이룬것을 3차구조 (집) 이라고 하죠!
특히 단백질의 활성은 3차구조와 관련이 깊습니다.
3차구조를 잘 유지하는 단백질이 안정성이 높고
3차구조의 모양에 따라 활성이 좋기도 안좋기도 하며 특히 기질과 결합하는 구조 (active site, 활성부위)가 매우 중요합니다!
또한 말씀하신 가열 후 천천히 식히면 3차구조를 형성하는 것은 (protein refolding) 2차구조에서 3차구조로 조립되기 쉬운 형태인 경우에 더욱 용이합니다.
먼저
3차구조를 만들고 유지하는 힘은 일반적으로 분자 끼리 발생하는 거의 모든 힘이지만, 특히 주요하게 작용하는 것은 아래와 같습니다.
1. 수소결합
2. disulfide bond (S-S bond)
3. 소수성 상호작용
4. 정전기결합
따라서 상기 힘들을 방해하는 조건, 계면활성제, 열, 그외 화학적 처리 등이 주어지면 단백질의 3차구조거 깨지며 변성하고 활성도 잃습니다.
위 결합 중에서 disulfide bond이 공유결합으로 매우 강한데, 다른 힘들과 달리 공유결합은 열변성에 의해 깨지지 않으므로 일반적으로 고온에서 변성되지 않는 단백질들은 disulfide bond를 많이 가지고 있습니다.
disulfide bond를 제외하고 상기의 힘들은 특이성이 없으므로 (정해진 작용기와 특이적으로 결합하지 않음)
가열 후 식히는 등 변성 후 다시 조립한들 순서대로 원하는대로 조립되어 본래의 3차구조를 이루기 어렵습니다.
하지만 그럼에도 refolding은 가능하고 실제로 일부 단백질 정제법에서도 순도를 쉽게 높이기 위해 이러한 방법을 씁니다.
Refolding이 용이하려면
1. 아미노산이 근처의 잔기들과 순서대로 조립될 수 있는 조건 (열을 천천히 식힌다 -> 만약 빨리 식히면 아미노산 분자들이 급속도로 수축하며 원하지 않은 작용기 간 소수성 상호작용이 커짐)
2. 크기가 작아 조립할게 별로 없는 것
RNase는 20kDa 내외로 크기가 매우 작은편이라 주변 잔기간 순서대로 조립이 용이합니다
3. 약한 변성 후 재조립
앞서 disulfide bond는 열변성으로 깨지지 않는다고 했는데, 만약 해당 단백질이 disulfide가 많다면 열을 가해도 대부분의 구조가 유지되어 그 단백질 입장에서는 열변성이 약한 변성 조건이 됩니다. 이 경우 재조립이 용이하죠!
4. 고정상에서 재조립
단백질을 고정상에 고정하면 분자구조가 고정되어 특정 모양으로 접히기 용이하게 될 수 있습니다.
그외에도 refolding 조건은 많지만 표적 단백질에 맞게 최적화가 필요합니다.
추가로
E coli에서 단백질을 발현/생산 할때도
단백질을 너무 빨리 만들도록 조작하면(아미노산 합성속도가 너무 빨라 조립되기 전 다른 아미노산에 의해 방해를 받으면) 활성있는 제대로된 단백질이 만들어지지 않습니다. 이를 Inclusion body 라고 하는데 이때는 E coli 생육환경 등을 조절해 아미노산 합성 속도를 조금 늦추면 해결되는 경우도 있습니다!
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
Rnase는 냉장 상태에서 수명이 길 수 있지만, 상온에서는 서로 반응을 하여 수명이 짧습니다. 그래서 Rnase를 냉장보관하며 저온에서 다루는 이유죠.