3. 단백질 기능분석

가. 실험목표: 단백질은 생체내에서 일어나는 화학반응을 촉매하는 고분자로서 (단백질의 기능별, 세포내 분포별 분류) 이에 대한 정보는 많은 생물학 실험을 수행하는데 필요한 기본적인 지식을 제공한다. 단백질의 기능은 입체구조에서 비롯되며, 입체구조는 아미노산 서열에 의해 결정된다. 아미노산 서열에 대한 컴퓨터 분석을 통해 단백질 특성에 대한 많은 종류의 예측이 가능하다. 이 실험에서는 여러 가지 웹사이트를 통해 단백질에 대한 효소적 물리화학적 특성 및 대사활성과 생리적 기능 등을 알아내는 방법에 대하여 배운다.

나. 실험내용
1. 촉매활성 및 대사경로
    GenomeNet로 들어가 상단에 위치한 Search에서 KEGG ENZYME을 선택한 후 빈 박스에 효소명을 입력한다.
    EC number와 더불어 효소명이 나타난다. EC number는 같은 촉매활성을 가지는 효소들의 고유 번호로서 생물종에 구분없이 동일한 번호가 부여된다.
    EC number를 클릭하면 효소에 대한 다양한 정보를 보여준다. 어떤 정보가 있는지 조사하여 결과물로 제출한다.

2. 단백질 특성의 예측
    단백질은 아미노산의 중합체로서 아미노산 서열에 따라 고유한 물리화학적 성질들을 가진다. 이에 대한 정보는 생화학 실험에 기본적으로 필요한 정보들을 제공한다. ExPASy Tools  웹에서는 아미노산 서열로부터 예측할 수 있는 다양한 분석방법들을 제공하고 있다. 이들 중 몇가지 분석을 알아보도록 하겠다.

아미노산 조성, 분자량, 등전점 예측: 빈칸에 아미노산 서열을 복사하여 붙여넣고 compute parameters를 클릭하면 다음과 같은 결과를 보여준다.

분자량의 경우 대략적인 예측도 가능하다.  단백질 내에 존재하는 아미노산 잔기들의 평균분자량은 110이다. 아미노산의 평균분자량은 138이지만 단백질 내의 분포를 고려하여 단백질에 존재하는 아미노산들의 평균분자량은 128로 잡는다. 아미노산들은 펩타이드 결합을 이루면서 물 한 분자를 잃어 버리므로 18을 빼면 아미노산 잔기들의 평균분자량은 110에 해당한다. 따라서 어떤 단백질의 아미노산 잔기의 수를 알면 여기에 110을 곱하여 대략적인 분자량을 알 수 있다. 역으로 SDS-PAGE를 통해 결정된 단백질의 분자량을 110으로 나누면 아미노산 잔기의 수를 대략적으로 추정할 수 있다.

 이차구조 예측: 아미노산 서열을 붙여넣고 (>를 포함하는 완전한 FASTA format 서열) predict를 클릭하면 결과를 보여준다.  이 곳 이외에도 이차구조 예측을 제공하는 다양한 웹사이트가 존재하며 결과도 조금씩 다를 수 있다. 단백질의 이차구조를 이해하는 것은 단백질이 어떤 입체구조를 이루는지 이해하는데 큰 도움이 된다. 정확한 분석은 단백질 결정에 대한 X-선 회절분석을 통해서만 얻을 수 있지만, 컴퓨터 프로그램을 통해 어느 정도의 예측도 가능하다. 이차구조를 정확히 예측할 수 있다면 삼차원 구조를 예측하기가 매우 쉬워지지만 현재 이차구조 예측의 정확도는 70-80% 정도에 머무르고 있다.

단백질분해효소자리: 빈칸에 아미노산 서열을 붙여넣고 Please, select에서 두 번째 only the following selection---을 클릭한 후 trypsin을 선택한다. Perform을 클릭하면 다음과 같은 결과를 보여준다.

3. 관련 논문 검색
PubMed에서 효소명을 입력한 search를 클릭한다.
논문자료는 최근 것부터 제공된다. 첫 번째 것의 제목을 누르면 효소와 관련된 연구내용의 요약문이 나온다. 이것을 번역하여 제출한다.

다. 과제물
EC number, reaction, pathway, 세포내 기능(기능별분류 그림을 참조)에 대하여 정리하여 제출한다. EC number가 어떻게 부여되는지 조사하여 첨부한다.
아미노산 조성, 분자량, pI 값, extinction coefficient를 정리하여 제출한다. pI값과 extinction coefficient 값이 무엇을 의미하는 첨부한다.
예측된 이차구조 결과를 제출한다.
Trypsin 절단 결과를 제출한다.
최근 관련 논문의 요약문을 번역하여 제출한다.