1. 펩타이드(peptide)의 생의학(生醫學)적 의의
펩타이드(peptide)(peptide)란 쉽게 말해 아미노산끼리 결합하여 생성된 물질을 가리킨다. 레닌져에서는 펩타이드(peptide)를 ‘아미노산의 사슬’이라고 정의하고 있다. 펩타이드(peptide)를 이루는 아미노산 사이의 결합을 펩타이드(peptide) 결합(peptide bond)이라 칭하며 펩타이드(peptide) 결합은 일종의 아미드 결합(amide bond)이다. 아미드 결합이란 아민(NRH2) 또는 암모니아(NH3)와 카르복시기(-COOH)간의 반응의 산물로 생겨난 결합으로서 여러분 주위에 많이 볼 수 있는 나일론에도 아미드 결합이 존재한다.
어쨌든 아미노산의 α 탄소에 붙어있는 -NH2와 다른 아미노산의 α 탄소(예외도 있다)에 붙어 있는 -COOH간의 아미드 결합을 특별히 펩타이드(peptide) 결합이라고 부른다. 펩타이드(peptide)는 왜 중요할까? 여러 가지 펩타이드(peptide)는 생물학적으로 매우 중요하다. 옥시토신, 멜라토닌 등의 호르몬은 폴리펩타이드(peptide) 형태를 가지고 있으며, 면역학에서 T 림프구는 오직 폴리펩타이드(peptide) 상태의 항원만을 인식한다(자세히는 면역학에서 배울 것이다. MHC라는 단백질 상에 전시된 폴리펩타이드(peptide)를 인식한다.). 단백질의 4차구조를 해체하고, 3차구조를 벗기고, 2차구조까지 다 풀어 놓고 나면 남는 것은 아미노산의 배열, 즉 폴리펩타이드(peptide)다. 단백질의 고차구조란 폴리펩타이드(peptide)를 실타래처럼 엉키게 해 놓은 것이다.
2. 펩타이드(peptide)의 구조
앞서 말했듯이 펩타이드(peptide)는 아미노산의 아민기(-NH2)와 카르복시기(-COOH)가 결합하여 생성된 것이다. 그렇다면 어떤 긴 펩타이드(peptide) 사슬이 있다고 할 때, 그 펩타이드(peptide) 사슬의 양끝의 아미노산은 아민기면 아민기, 카르복시기면 카르복시기 어느 하나만 결합에 참여하고, 나머지 하나는 놀고 있을 것이다.
이 때, 아민기가 놀고 있는 아미노산쪽을 펩타이드(peptide)의 N terminal, 카르복시기가 놀고 있는 쪽을 펩타이드(peptide)의 C terminal이라고 부른다. 이건 상당히 중요하다. 왜냐하면 펩타이드(peptide)의 아미노산 배열 순서를 적을 때, 가장 왼쪽에 N terminal부터 적기 때문이다. 또한 똑같은 alanine과 glycine의 결합이라도 alanine의 -COOH와 glycine의 -NH2가 반응한 것과 alanine의 -NH2와 glycine의 -COOH가 반응한 것은 그 성질이 전혀 달라진다. 보통 펩타이드(peptide)의 아미노산 배열순서는 다음과 같이 표기한다.
Glu-Ala-Lys-Gly-Tyr-Ala
N terminal C terminal
앞에 쓴 배열에서 N terminal은 Glu(glutamic acid)이고, C terminal은 Ala(alanine)이다. 이와 같은 펩타이드(peptide)를 명명하는 방법은 그리 즐겨 사용하지는 않지만(왜냐하면 실용적이질 못하니까), 다음과 같다.
glutamyl-alanyl-lysinyl-glycinyl-tyrosinyl-alanine
N terminal C terminal
여기서 영리한 사람은 뭔가 고개가 갸웃거려지겠지. 단세포인 사람은 ‘아 그렇구나’라고 감탄만 하겠지만...... 아미노산 중에는 α 탄소 외의 탄소에 -COOH를 갖는 것들이 있다. 어떤 것들이 있었지? aspartic acid와 glutamic acid가 있다. 이들의 약간은 변태적인(?) 카르복시기가 절대 다른 아미노산의 α 탄소의 아민기와 반응하지 않았으면 좋겠다고 여러분은 소망하겠지만 그게 어디 학생맘인가? 여러분에게는 미안하게도 이런 이름 붙이기 곤란한 경우가 생긴다. 그러나, 학자들은 다 이런 경우에 대비해서 명명하기 위한 원칙을 다 준비해 놓고 있다. 다음의 배열은 glutathione이라는 물질의 아미노산 배열이다.
γ-Glu-Cys-Gly
이런 물질을 그냥 glutathione이라는 편리한 이름으로 많이 부르긴 하지만 정식으로는 다음과 같이 부른다.
γ-glutamyl-cysteinyl-glycine
앞의 γ는 무슨 뜻이냐고? 벌써 ‘아이 골치야’하면서 돌아서려 하는 학생의 모습이 보인다. 그러나, glutamic acid의 구조식을 그려놓고 조금만 생각해보기 바란다. glutamic acid의 두개의 카르복시기가 붙어 있는 탄소는 각각 어떻게 이름을 붙일 수 있는가? 우선 카르복시기와 아민기가 같이 붙어 있는 탄소를 α 탄소라고 한다는 것은 기초다.
그리고, 또다른 카르복시기가 붙어 있는 탄소는? 세어보자. α, β, γ... 바로 γ 탄소다. glutamic acid가 가진 변태적인(?) 카르복시기는 γ 탄소에 붙어 있고 바로 이 탄소에 붙은 -COOH가 이웃의 cysteine에 징그럽게 반응했다. 이젠 왜 앞에 γ 라는 문자를 붙였는지 이해가 갈 것이다. 사람 머리를 아프게 하는 이런 기형적인 애들도 그냥 펩타이드(peptide)라고 불러준다.
3. 펩타이드(peptide) 혼합물의 분리
펩타이드(peptide)의 혼합물의 분리에 대한 내용이 교과서에 많이 나오는데, 이것은 그냥 ‘으하하’ 웃고 넘겨주자. 각 방법의 자세한 사항을 읽어서 손해날 것은 없으니 읽고 싶은 사람은 읽어두어도 좋다. 그러나, 한가지 중요한 것은 방법은 잘 모르더라도 원리만은 알고 넘어가야 한다는 점이다. 원리만 알고 넘어가면 나중에 그 실험을 실제로 하게 되었을 때 금방 이해를 할 수 있다.
우선 크로마토그래피(chromatography)나 High-voltage electrophoresis(HVE)는 분자량이 작은 펩타이드(peptide)들을 분리하는 데에 이용된다. 아미노산의 분리와 마찬가지의 원리로 어떤 pH에서 각 펩타이드(peptide)들이 서로 다른 전하를 띠는 것을 이용해서 분리해내는 방법이다. 전하의 차이를 이용한 크로마토그래피는 처음 듣는 사람들이 많을 줄로 아는데, column(초등학교 때 해본 크로마토그래피에서 분필이나 거름종이에 해당)에 전해질을 포함시키면 전해질에 대한 친화도의 차이(전하를 띠는 양상)에 따라 내려가는 속도에 차이가 생기는 것을 이용한 것이다.
Gel filtration은 분자의 크기 및 분자량에 의해 분자의 확산속도에 차이가 나는 것을 이용하는 분리법이다. 따라서 적은 수의, 분자량이 큰 펩타이드(peptide)(30내지 100개의 아미노산으로 구성)를 분리하는 데에 사용된다.
Reversed-Phase High Performance Liquid Chromatography(reversed-phase HPLC)는 비극성의, 분자량이 큰 펩타이드(peptide)를 분리하는 효과적인 방법이다. 자세한 원리는 교과서에 나오지 않지만 비극성물질을 극성물질이 녹아 있는 용액으로 씻어내어(elution) 크로마토그래피를 하는 것이라는 간략한 소개가 되어 있다.
HVE on molecular sieves란 것이 있는데 여기서 sieve란 무언가를 걸러내는 체를 의미한다. 그물 비슷한 개념이다. molecular sieve(분자체)란 분자로 만들어진 체라는 뜻이다. 의학사전의 정의를 보면 ‘균일한 분자크기의 구멍을 가지고 있어, 보다 작은 분자는 흡착하나 보다 큰 분자는 흡착하지 않는 결정성 물질로서, 화학적 분리에 사용된다.’라고 나와있다. 그러니까 이러한 분자체 상에 분리하고자 하는 물질들을 놓고 높은 전압을 걸어주는 방법이다.
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