phenol은 단백질을 denaturation시킵니다. DNA와 RNA는 성질이 조금 다릅니다. Q. protein에 100도로 heating 하는 것과 protease를 처리했을 때의 차이  안녕하세요. 최근 Protein 성분 분석을 위해 실험을 진행중인 석사학생입니다. 단백질을 100도 열처리하는 것과 protease를 처리하는 것과의 같은 점 및 다른점은 1. 같은 점 : 단백질은 3차 구조 또는 4차구조를 형성하고 있는 아미노산의 중합체입니다. 아무리 분자량이 큰 단백질이라도 정상적인 구조를 하고 있으면 단위 분자는 물에 녹는 형태를 가지며 이 구조에서 100도 열처리와 protease를 처리하면 두 방법 동일하게 원래의 단백질 구조가 변형됩니다. 2. 다른 점 : 일반적으로 단백질 단위분자를 100도 열처리하면 물에 안녹는 형태로 전환됩니다. 따라서 물에 녹은 단백질을 열처리하면 불용성으로 전환되어 침전됩니다. 단, 특별한 목적으로 열처리 할 경우 목적에 적합한 물질을 혼합하여 열처리를 하며 이때는 불용성이 안되는 경우가 많습니다. 예를 들어 SDS-PAGE용 sample 처리시 SDS를 첨가하여 열처리를 하면 불용성으로 전환되지 않습니다. 그리고 protease를 처리하면 단백질 구조가 peptide로 전환되어 용해도에 큰차이를 보이지가 않습니다. 하지만 생성된 peptide가 hydrophobic한 amino acid가 많은 비율을 차지 할 경우 물에 안녹는 경우가 발생하기도 합니다. 100도 열처리 또는 protease 처리를 하며 단순히 단백질 구조가 변하는 것외에 생성되는 product를 목적으로 하는 경우가 대부분입니다. heating을 하면 내부 아미노산은 짤리지 않고 엉겨버리기 때문에 2, 3차 구조가 망가진다고 할수 있는데 <본 정보는 네티즌에 의해 작성된 정보로, BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝혀드립니다.> UNIST(총장 정무영)는 김영삼 자연과학부 교수 연구팀이 분자와 물 사이에서 일어나는 빠른 움직임을 실험적으로 관측하고 이 움직임으로 단백질 같은 분자들이 수용액에서 안정하게 존재한다는 사실을 발견했다고 22일 밝혔다. 물(H₂O)은 수소와 산소의 결합으로 이뤄진 물질이다. 두 원자는 전자를 공유하는 공유결합으로 뭉쳐지지만 약한 양성(+)을 띠는 수소가 다른 물 분자의 산소(-)에 달라붙는 수소결합도 나타난다. 수소결합은 공유결합보다 에너지는 약하지만 지속적으로 나타났다 사라지며 물의 특성을 결정한다. 물속에 다른 물질이 들어오면 수소결합 때문에 구조나 성질이 달라지게 된다. 우리 몸을 이루는 단백질이나 핵산 같은 생체분자들은 물속에서도 구조적으로 안정하게 존재한다. 과학자들은 그 이유를 비공유 상호작용이라 추정해 왔으며 대표적은 엔-파이스타 상호작용(n→π*)이다. 엔-파이스타 상호작용은 수소결합처럼 전자를 공유하지 않으면서 원자를 결합시킨다. 결정 상태의 단백질 구조에서 많이 관찰할 수 있는 이 현상이 물속에서도 나타나는지 입증한 실험은 없었다. 현재까지 연구는 결정구조나 기체상 분자들을 대상으로 수행됐거나 이론적으로만 이뤄졌다. 원리가 어떤것인지 직접적인 정보는 얻을 수 없는 게 사실이었다. 연구팀은 엔-파이스타 상호작용이 나타나는 '페닐 포메이트(PF) 분자'를 물과 다른 용매에 녹이면서 이차원 적외선 분광법(2D IR)으로 관찰했다. 물 함량을 조절하면서 수소결합 변화도 살폈다. 2D IR은 수십 펨토초 시간폭을 가지는 적외선 3개를 피코 초 단위의 시간차를 두고 분자에 쏘이면서 분자 구조와 매우 빠른 움직임을 관측하는 기술이다. 파장이 긴 적외선은 에너지가 낮기 때문에 자외선이나 가시광선처럼 화학적, 생물학적 반응은 잘 일으키지 않는다. 때문에 2D IR은 생체분자의 실제 작용을 실시간 관측할 수 있는 가장 효과적인 기술로 손꼽는다. 그 결과 PF 분자에서 엔파이스타 상호작용으로 나타나는 시스(Cis) 구조와 수소결합 구조가 피코초(1ps, 1조분의 1초) 단위로 계속 교환됐다. 물이 많아질수록 수소결합구조가 피코초 단위로 계속 교환됐다. 물이 많아질수록 수소결합 구조 비율이 늘어났고 두 구조가 서로 바뀌는 속도도 빨라졌다. 김 교수는 "물을 매개로 두 구조 사이의 매우 빠른 교환이 단백질을 비롯한 생체분자의 구조를 더 안정하게 만든다"며 "물과 대상 분자의 수소결합이 끊어졌다 연결되기를 반복하면서 무질서도가 증가하고 약한 에너지를 가진 엔-파이스타 상호작용도 존재할 수 있는 환경이 되는 것"이라고 분석했다. 이어 김 교수는 "높은 에너지를 가진 다른 빛들은 화학적, 생물학적 변화를 가져올 수 있기 때문에 생체분자나 수용액 속 분자가 실제로 활동하는 모습을 보기 힘들다"며 "관측 도구의 영향으로 죽어버린 분자가 아니라 살아 움직이는 분자를 보는 기술이 2D IR" 이라고 기술 의의를 강조했다. 연구결과는 물리화학분야 국제 학술지 '저널 오브 피지컬 케미스트리 레터(Journal of Physical Chemistry Letters, JPC Letters)' 표지 논문으로 선정됐다. 목표 아미노산의 구조와 종류에 대하여 알 수 있다 아미노산의 성질에 대하여 이해할 수 있다 단백질의 구조에 대하여 알 수 있다 단백질의 분류 및 성질에 대하여 이해할 수 있다 단백질의 변성요인 및 변화에 대하여 알 수 있다 용어 아미노산, 질소계수, 필수아미노산, 아미노기, 카복실기, 양성전해질, 등전점, 펩타이드, 폴리펩타이드, 섬유상단백질, 구상단백질, 유도단백질, 변성 강의 단백질 - 아니노산 들이 펩타이드 결합에 의해 결합된 고분자 화합물, 16% 질소 함유, 질소 계수 6.25 아미노산 구조와 종류 구조 - 20여 종, 프롤린, 하이드록시프롤린 제외하고 모두 a-탄소에 아미노기 가짐, a-탄소(-COOH 중심으로 해서 바로 그 다음에 있는 탄소 일반 구조식의 맨 가운데 C), 글라이신 제외하고 모든 아미노산은 a-탄소원자가 비대칭 탄소원자, 아미노기 오른쪽 D형, 왼쪽 L형, 식품 함유는 L형 많음 종류 - 지방족아미노산(탄소가 직쇄로 연결, 중성아미노산은 분자중 -NH2, -COOH 하나씩 갖는 아미노산, 글라이신, 알라닌, 발린, 루신, 아이소루신, 하이드록시아미노산는 -OH 갖음, 아미노산, 세린, 트레오닌, 산성아미노산은 곁사슬에 제 2의 카복실기 갖음, 아스파트산, 글루탐산, 염기성아미노산은 제 2의 아미노기를 비롯한 구아니디노기, 아미다졸기 등 다른 염기성기 가진 아미노산, 라이신, 아지닌, 히스티딘, 함황아미노산은 황 가진 것, 메싸이오닌, 시스테인, 친수성아미노산은 아스파라진, 글루타민), 환상아미노산(고리구조, 이미노산은 이미노기 갖음, 프롤린, 방향족아미노산은 방향족 고리 갖음, 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신) 아미노산의 성질 용해성 - 물, 묽은 산, 알칼리, 염류 용액 잘 녹음(타이로신, 시스테인은 물에 녹기 어려움), 알코올에 잘 녹지 않음(프롤린, 하이드록시프롤린은 잘 녹음) 양성전해질 및 등전점 - 아미노기, 카복시기 가지고 있어 수용액 중 -COO-, -NH3+로 해리되고 분자내 염 형성, 양성이온 상태 존재, 물에 녹으면 카복실기는 수소이온 방출 해 음이온으로, 아미노기는 수소이온 받아 양이온으로 해리되 양성이온 형성, 등전점(분자 내 양전화와 음전하 상쇄되 알짜 전하가 0 이어서 전기장내 어느쪽 전극으로도 이동하지 않을 때 pH), 중성 7부근, 산성아미노산은 산성 쪽, 염기성아미노산은 알칼리성 쪽 있음 자외선 흡수성 - 방향족아미노산(타이로신, 트립토판, 페닐알라닌)은 자외선 흡수, 최대흡수파장 280nm 부근 맛 - 보통 아무맛 없음, 분해생산물 펩타이드, 아미노산 특유 맛 가짐, 글루탐산의 나트륨염 MSG 는 감칠맛, 구수한 맛으로 조미료로 사용 아미노산의 화학적 반응 - 닌하이드린과의 반응(암모니아, 탄산가스, 알데하이드 생성, 암모니아는 산화형, 환원형 닌하이드린과 반응해 570nm에서 흡광도 갖는 청자색 화합물 만듬, 아미노산 정성, 정량 이용), 탈탄산반응(카복실기 제거되 아민 생성 반응, 부패세균 의해 일어남, 위장 산분비 증진, 알레르기 반응 관여, 히스티딘 -> 히스타민), 알데하이드와의 반응(a-아미노기는 알데하이드와 축합해 시프 Schiff 염기 만듬, 비효소적 갈변반응, 마이야르반응의 첫 단계) 단백질 구조 - 아미노산이 펩타이드 결합 통해 긴 사슬, 펩타이드 결합(아미노산의 a 위치의 카복실기와 다음 아미노산의 a 위치의 아미노기가 축합해 -CO-NH- 같은 결합), 아미노기 말단을 N-말단, 카복실기 말단은 C-말단, 다이펩타이드(2개), 트리펩타이드(3개), 올리고펩타이드(10개 이하), 폴리펩타이드(여러개) 1차구조 - 아미노산 배열순서만 고려, 단백질 특성 나타냄, 종류 따라 다름 2차구조 - 폴리펩타이드 사슬들 간 수소결합 의해 입체적 결합 형성, a-나선구조(주 사슬 펩타이드 카보닐기(>C=O)와 다른 펩타이드 이미노기(>N-H)가 수소결합하기 때문에 주사슬이 나선모양, 오른쪽 감은 구조, 간격 5.4 옴스트롱, 아미노산 잔기수 3.6개, 마이오글로빈, 헤모글로빈 80%, 카이모트립신 10% 갖음), b-병풍구조(같은 분자간 수소결합 의해 입체적 주름 잡으며 늘어진 구조, 피브로인) 3차구조 - 잔기 특성 따라 수소결합, s-s 결합, 이온결합, 소수성결합 의해 휘어지고 구부러져 구상, 섬유상 공간 배열 이룬 것 4차구조 - 3차구조의 단백질 여러 개 회합해 하나 생리기능 가지는 단백질 집합체, 구성 단백질 소단위라 함, 단독으로는 불활성, 회합하면 생리기능 나타냄 단백질 분류 출처에 의한 분류 - 식물성단백질, 동물성단백질 구조와 형태에 의한 분류 섬유상단백질 - 긴 섬유상의 폴리펩타이드 사슬이 수소결합, 디설파이드결합 의해 일정한 방향 규칙적 배열, 섬유모양 구조 갖음, 용매 녹지 않음, 불용성단백질, 콜라겐(피부, 결합조직, 물에 장시간 가열하면 젤라틴 됨), 엘라스틴(탄성조직, 건, 혈관, 결합조직 존재), 케라틴(모발, 양모, 동물 뿔, 발굽, 새털 구성, 소화되지 않음, 산, 알칼리 녹지 않음, 강도 큼) 구상단백질 - 아미노산 측쇄 여러 가지 결합 의해 폴리펩타이드 사슬 구부러지고 겹쳐져서 전체적 둥근 모양, 물 잘 용해, 용해성 단백질, 식품 대부분 속함(알부민, 글로불린, 헤모글로빈, 인슐린, 효소단백질) 이화학적 성질에 의한 분류 단순단백질 - 비교적 간단 구조, 물, 염용액, 산, 알칼리, 유기용매 용해성 따라 분류, 알부민(물, 묽은 염류 용액, 묽은 산, 묽은 알칼리 잘 녹음, 동, 식물체 수용액 상태로 존재, 75도 응고, 약산성 응고되기 쉬움), 글로불린(물 거의 녹지 않음, 묽은 염류용액, 묽은 산, 묽은 알칼리 잘 녹음, 가열 응고 됨), 글루텔린(물, 묽은 염류 녹지 않음, 묽은 산, 묽은 알칼리 잘 녹음, 가열 응고 되지 않음), 프롤라민(글루텔린과 비슷, 70 ~ 80% 알코올 녹음, 물, 중성염류 녹지 않음, 다량 프롤린, 글루탐산 함유), 히스톤(물, 묽은 염류, 묽은 산 잘 녹음, 가열 응고 되지 않음, 라이신, 아지닌 많이 함유한 염기성 단백질, 동물 체세포 핵, 정자핵에 DNA 단백질과 공존), 프로타민(히스톤 비슷, 알칼리 침전 안됨, 가열 응고 안됨), 알부미노이드(섬유상 단백질 경 단백질, 물, 묽은 염류, 묽은 산, 묽은 알칼리 녹지 않음, 동물체 조직 형성, 몸 보호, 영양적 가치 낮음) 복합단백질 - 단순단백질에 비단백성 물질 결합, 생체 세포 내 함유, 생리적 중요한 활성, 보결원자단 종류 따라 분류, 인단백질(인산), 지단백질(지질), 핵단백질(핵산), 당단백질(당질), 색소단백질(색소), 금속단백질(금속, Fe, Cu, Zn) 유도단백질 - 천연단백질이 물리화학적 요인, 효소 의해 변형, 변형정도 따라 분류, 1차유도단백질(변성단백질, 천연단백질이 물리적, 화학적, 효소적 작용 받아 변성, 젤라틴, 프로틴, 메타프로테인, 응고단백질), 2차유도단백질(분해단백질, 1차 보다 더욱 진행, 프로테오스, 펩톤, 펩타이드, 아미노산 가수분해 시 중간생성물) 단백질 성질 용해성 - 단백질 분자량 커 용매 녹이면 교질용액 됨, 물과 수소결합하여 용해 됨, 단백질 결합되는 물 양은 단백질 농도, 다른 이온들의 물에 대한 경쟁, 용액 pH따라 결정, 묽은 중성 염류용액에 잘 녹음, 염용효과(중성염 이온이 단백질 분자 기능기와 작용해 단백질 분자 사이 인력 감소시킴), 염석효과(중성 염류 농도 높을 때 염, 단백질 물에 대해 경쟁하여 물이 단백질 녹이는 데 사용 못하게 하고 염 용해 사용되 서로 결합해 침전됨), 등전점에서 용해도 가장 낮고, 염석효과 가장 큼 등전점 - 등전점에서 단백질 용해도 가장 낮아 쉽게 침전, 단백질 분리, 정제 이용, 분리 대두단백질 제조 시 두유 pH 4.5 맞춰 침전시킴, 등전침전(물 분자와 수화도 최소로 되어 침전하기 쉬워짐), 단백질은 등전점에서 점도, 삼투압, 팽윤 최소, 흡착성, 기포력, 탁도, 침전 최대, 락트알부민 pH 5.1, 카세인 pH 4.6, 마이오젠 pH 6.3, 오브알부민 pH 4.5 ~ 4.7, 대부분 식품 단백질 pH 4 ~ 6 범위 침전성(흡착성) - 양성화합물이라 유기용매 의해 녹지 않고 침전 됨, 비가역적 변성 동반, 유기용매 경우 0도 잏 단시간 처리하면 변성 막음, 비단백 질소 화합물과 섞여 있는 단백질 분리, 정제 사용 자외선 흡수 스팩트럼 - 방향족아미노산은 자외선 흡수, 트립토판 함유, 280nm 부근 흡수 정색반응 - 구성 아미노산 종류, 함유 물질의 화학적 성질 따라 나타남, 뷰렛 반응(단백질 용액에 수산화나트륨 용액 가해 알칼리성 만들고 황산구리 1 ~ 2 방울 가해 적자색, 청자색 나타냄, 2개 이상 펩티드결합 단백질에서 일어남), 잔토프로테인 반응(진한 질산 떨어뜨려 흰색 침전, 다시 가열 황색 침전, 용해되어 황색 용액 됨, 다시 냉각, 암모니아로 알칼리성 만들어 등황색 나타냄, 벤젠 핵 가지기 때문에 나타남, 방향족아미노산인 타이로신, 페닐알라닌, 트립토판 존재) 단백질 변성 - 천연단백질이 물리적, 화학적 작용 받으면 공유결합 파괴되지 않고 분자내 구조 변형 가져옴, 두부(가열, 염류), 요구르트(산), 치즈(레닌, 염류), 수산연제품(염류, 가열), 초절임식품(산), 염장식품(염류) 변성 요인 - 화학적 요인(산, 알칼리, 염류, 금속이온, 알코올, 아세톤, 유기용매, 효소), 물리적 요인(가열, 동결, 건조, 광선, 압력, 표면장력, 교반) 산, 알칼리에 의한 변성 - 산은 단백질 -COO-를 -COOH로, 알칼리는 -NH3+를 -NH2로 변화시켜 분자내 -COO-, NH3+의 이온결합을 절단시켜 변성, 생선회무침, 식초 의해 생선 단백질 응고, 요구르트 젖산발효, 카세인 응고 염류에 의한 변성 - 단백질 용액에 다량 염류 넣으면 물이 염을 녹이는데 사용되므로 단백질 녹일 수 없어 염류 양, 음전하 이온의 농도 증가되 단백질 전하 중화시켜 응집, 침전 됨, 두부 제조시 콩 글라이시닌 가열 함께 염화칼슘, 염화마그네슘 함유된 간수 넣으면 칼슘이온, 마그네슘 이온 의해 응고 됨 알코올과 아세톤에 의한 변성 - 등전점 부근에서 잘 일어남, 우유 신선도 판정시 알코올 첨가해 침전 유무로 판단(알코올 시험법), 우유 변질되면 산 증가도 등전점 부근의 pH되 알코올 첨가시 탈수 작용 의해 단백질 수화 감소로 침전 됨 효소에 의한 변성 - 치즈제조, 우유 단백질 80% 카세인은 마이셀로 존재, 칼슘, 인, 마그네슘, 구연산 함유, 불용성 a-카세인, b-카세인은 칼슘이온에 응집되 마이셀 구조로 존재, k-카세인은 마이셀 표면에 존재 해 마이셀 안정화 시킴, 응유효소인 레닌 k-카세인에 작용해 파라-k-카세인이 분해되어 마이셀 불안정해 우유의 칼슘 이온과 결합해 응고 됨 가열에 의한 변성 - 가용성 단백질 가열하면 변성, 응고 됨, 불용성 단백질 가열하면 변성되 가용성 됨, 육류 장시간 가열하면 콜라겐 변성으로 가용성 젤라틴 생성, 영향 주는 인자는 온도(60 ~ 70도, 알부민, 글로불린 열변성 잘됨, 온도 높으면 열변성 속도 빨라짐, 알부민 경우 10도 높이면 20배 빨라짐), 수분(가열 의해 물 분자 왕성, 단백질 사슬 사이 수소 결합 분해, 물분자 둘러싸 사슬 풀리거나, 응집할 때 사슬 움직임 쉽게 행함, 수분 많으면 낮은 온도에서도 열변성 됨, 수분 적으면 고온에서 변성 됨), 전해질(변성온도 낮아짐, 속도 빨라짐, 두유 중 글라이시닌을 염화마그네슘, 황산칼슘 첨가하면 70도에서 응고 됨), 산(달걀 흰자에 산 가하면 등전점 4.8로 조절, 응고 온도 내려감, 너무 가해 4.8 이하로 낮추면 응고온도 높아짐), 당(설탕, 포도당 넣고 가열, 응고 온도 높아짐, 양 많을수록 상승, 설탕이 응고단백질을 용해시키기 때문, 해교작용) 동결에 의한 변성 - 어육, 생선은 동결로 변성, 동결 후 질겨지고 고무처럼 됨 건조에 의한 변성 - 어육 건조 시 육섬유 직쇄상 폴리펩타이드 사슬 사이 수소 제거되 인접 폴리펩타이드 사슬 접근해 결합, 견고 구조 됨, 흡수성 나쁘고, 원래 생육 돌아가지 못함 계면장력에 의한 변성 - 계면변성(단백질 교반 의해 단일 분자막 상태로 되는 현상), 난백 저어 기포 만듬, 기호화 하는 동안 구조 유지하는 것은 기포 표면 알부민 분자가 표면장력으로 변성 받기 때문, 빵 구울 때 부푸는 것 광선, 압력, 초음파에 의한 변성 - 광선 의해 3차구조 결합 절단되 변성, a, b, r, X선, 자외선 의해 변성, 5,000 ~ 10,000 기압 압력, 초음파 의해 변성 변성에 의한 변화 - 소화율(폴리펩타이드 사슬 풀어져 겹쳐져 있던 부분도 소화효소 작용 쉽게 받음, 지나친 가열 구조 빽빽해져 감소됨, 반숙이 소화율 높음), 생물학적 활성의 소실(100도 수분 가열하면 활성 잃음, 변성 의해 항체, 항원 결합능력 소실 됨), 용해도 변화(구조 풀려 소수성기가 표면에 나타나 친수성 감소로 용해도 감소), 점도(분자 부피 켜져 점도 증가), 결정성 소실(펩신, 트립신 결정성 효소 변성되 상실), 반응성 증가(설프하이드릴기 -SH, 페놀기 등 활성기 변성으로 구조 풀려 표면 나타나 반응성 증가 함) |
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