단백질의 기능과 분류 (쉽게 배우는 생화학 04)

단백질 기능 및 분류

 생물 내에 존재하는 모든 생체 물질 중 단백질이 가장 다양한 기능을 합니다. 우리 몸속에서 어떤 작용을 한다 싶은 것들의 대부분은 단백질입니다. 다양한 기능들에 대해 간단히 알아보고, 단백질의 구조는 어떻게 분류하는지 알아보겠습니다.

 

 

단백질의 기능 8가지

 단백질의 기능을 8가지로 요약하자면 다음과 같습니다.

1. 촉매작용
2. 구조
3. 운동
4. 방어능력
5. 조절작용
6. 운반작용
7. 저장
8. 스트레스 반응

 단백질의 촉매작용은 대표적으로 효소를 생각할 수 있습니다. 건강기능식품 시장이 확대되면서 '효소'는 많이들 들어보셨을 겁니다. 효소는 소화작용, 에너지 획득, 생합성과 같은 수많은 생화학반응을 촉진하고 조절하는 고분자 단백질을 의미합니다.
 효소는 적정 pH와 적정 온도에서 반응속도를 백만 배~1조 배 증가시킬 수 있습니다. 그 이유는 효소가 변형된 반응 중간 물질을 유도 또는 안정화시킬 수 있기 때문입니다. 예로 광합성 작용에 중요한 역할을 하는 리불로오스 이인산 카르복시화 효소와 질소고정에 관여하는 질소화효소 등이 있습니다.

 

 구조에 관한 단백질도 체내에 존재합니다. 즉 생물체를 유지하거나 방어하는 데 쓰입니다. 구조적 단백질은 특이한 여러 성질을 가지는데, 피부에 좋다고 하는 콜라겐이 대표적인 예입니다. 콜라겐과 피브로인(실크단백질)은 물리적으로 매우 견고한 구조를 가집니다. 그리고 샴푸 제품명으로 들어보셨을 엘라스틴(elastin)도 탄력성 섬유에서 발견되는 고무 같은 단백질의 이름이며, 혈관이나 피부의 조직에 함유되어 있습니다.

 

 단백질은 모든 세포의 운동에도 관여합니다. 세포골격(cytoskeleton)을 구성하는 액틴(actin), 튜불린(tubulin) 등이 있습니다. 세포골격단백질은 세포분열, 세포내이입, 세포외유출, 백혈구의 아메바성 운동 등에 관여합니다.

 

 또 다양한 많은 단백질들은 세포를 위한 보호능력도 가지고 있습니다. 케라틴(keratin) 같은 단백질은 화학적, 기계적 상처를 받았을 때 조직을 보호합니다. 혈액을 응고시키는 피브리노겐과 트롬빈은 혈관이 손상되었을 때, 쉽게 말해, 찰과상 등으로 피가 날 때 피가 점점 멎으면서 딱지가 않게 하는 역할을 합니다. 이를 통해 혈액 손실을 방지할 수 있습니다.
 세균 감염과 같이 외래 생물체가 침입하였을 때 림프구(lymphocyte)에서 면역글로불린이 생성됩니다. 침입한 세균에 항체가 결합하여 세균을 죽입니다.

 

 앞선 포스팅에서 말씀 드렸듯 호르몬 또는 성장인자도 단백질의 일종이며, 이를 통해 조절작용을 합니다. 호르몬 또는 성장인자가 표적세포인 목적지에 도달해 수용체에 결합하게 되면 세포의 기능이 변화됩니다. 혈당 관련 호르몬의 예로 글루카곤과 인슐린 같은 펩티드 호르몬이 있습니다. 성장호르몬은 세포의 성장과 분화를 촉진합니다.

 폴리펩티드인 성장인자들은 동물세포의 분열과 분화를 조절하는데 예로 혈소판유래 성장인자(PDGF)와 표피성장인자(EGF)등이 있습니다.

 

 단백질의 운반작용은 세포막이나 세포 사이의 이온이나 분자를 수송하는 운반자로 작용하는 것을 의미합니다. 예로 세포 안과 밖의 물을 이동하도록 도와주는 아쿠아포린도 막단백질입니다. 이 외에 폐로부터 산소를 운반하는 헤모글로빈, 지방을 간과 창자로부터 다른 기관에 운반하는 저밀도 지질단백질(LDL)과 고밀도 지질단백질(HDL)이 있습니다.

 

 어떤 단백질은 필수영양소의 저장소로 사용되기도 합니다. 예를 들어 새알의 난알부민(ovalbumin)과 포유동물 우유 속의 카제인(casein)은 발생 중 유기질소의 풍부한 공급원이 됩니다. 그리고 제인(zein) 같은 식물단백질도 종자를 발아하는 데 영양원으로 사용됩니다.

 

 스트레스로부터 살아남는 생물의 능력 또한 단백질에 의해 이루어집니다. 독성 유기오염물질을 독성이 적은 물질로 전환시키는 효소인 시토크롬 P450과 네탈로티오네인(카드뮴, 수은과 같은 독성의 금속들과 결합하는 시스테인이 풍부한 단백질) 등이 있습니다.
 극심한 고온과 스트레스는 손상된 단백질의 정확한 접힘을 촉진하는 열충격단백질(hsp, heat shock protein)을 합성합니다. 만약 단백질이 심각하게 손상되면 hsp는 되려 이 단백질의 분해를 촉진합니다. 그러나 어떤 hsp는 단백질의 정상적인 접힘 과정에도 관여합니다. 세포는 DNA 수선효소(DNA repair enzyme)에 의해 방사선으로부터 보호를 받기도 합니다.

 

 

단백질의 분류

 단백질은 천차만별의 성질을 가지기 때문에 그 모양과 성분에 따라 분류합니다.

 

 모양으로 분류하자면, 섬유상 단백질과 구상 단백질, 두 가지로 분류할 수 있습니다.
 섬유상 단백질(fibrous protein)은 긴 막대 모양의 분자로 물에 잘 녹지 않고 물리적으로 단단합니다.
 대표적으로 피부나 머리카락 및 손톱을 만드는 보호단백질인 케라틴이 있습니다.
 구상 단백질은(globular protein)은 작은 구형의 분자로 물에 잘 녹으며 대부분의 효소가 이에 해당됩니다.
이외에 면역글로불린, 헤모글로빈, 알부민(혈액 내 지방산 운반체)등이 있습니다.

 

성분으로 분류하자면, 단순단백질(simple protein)과 복합단백질(conjugated protein)으로 나눌 수 있습니다.
단순단백질은 아미노산으로만 구성되어 있으며 혈청 알부민과 케라틴이 있습니다.
반면 복합단백질은 단순단백질에 비단백질 성분이 결합된 것입니다. 비단백질성분을 보결분자단(prosthetic group)이라고 부르며 보결분자단이 없는 단백질을 아포단백질(apoprotein)이라고 부릅니다. 또 보결분자단을 갖고 있는 단백질을 홀로단백질(holoprotein)이라고 합니다. 

 

 위의 복합단백질은 결합된 보결분자단의 성질에 따라 구분할 수 있습니다. 즉 탄수화물을 보결분자단 물질로 가진 당단백질(glycoprotein), 지질을 가진 지질단백질(lipoprotein), 금속이온을 가진 금속단백질(metalloprotein), 인산을 가진 인산단백질(phosphoprotein), 헴기를 가진 혈색소단백질(hemoprotein) 등이 있습니다.

 

이번 포스팅에서는 단백질의 기능과 분류에 대해 간단히 알아보았습니다.