단백질은 어떻게 분해되는가

단백질 분해 조절

유전자 발현의 조절

유전자 발현의 조절 중에서 가장 간과하기 쉬운 것의 하나는 단백질 분해 수준에서 일어나는 조절입니다. 단백질들은 

자주 전환되는 동적 상태에 있습니다. 운동선수들은 이런 사실을 뼈저리게 인식하고 있습니다. 왜냐하면, 이것은 운동선수들이 몸을 만들기 위해서는 열심히 운동해야 하며, 그렇지 않으면 곧 몸매가 망가진다는 것을 의미하기 때문입니다. 어떤 종류의 단백질들은 3일마다 50% 정도가 전환됩니다. 더욱이 전사나 번역의 오류에 의해 생성된 비정상적인 단백질들은 곧바로 분해됩니다. 단백질의 펩타이드 골격이 한 군데만 절단되어도 그 조각들이 신속히 분해되기 시작하는 데에는 중분 하다고 생각됩니다. 왜냐하면 생체 내에서는 자연 단백질이 분해되어 생긴 물질들은 거의 눈에 띄지 않기 때문입니다.

유비퀴틴-프로테아솜 분해 경로의 도식

단백질 분해가 그렇게 신속하게 일어난다면, 폴리펩타이드가 잘못 파괴되는 것을 방지하기 위해서라도 이 분해과정은 강력하게 조절되어야 하는 과정임이 분명합니다. 분해 경로는 라이소솜과 같이 분해를 담당하는 세포 소기관이나, 프로테아솜과 같은 거대분자 구조에 한정되어 있습니다. 단백질들은 특수한 신호 서열에 의해 라이소솜으로 인도됩니다. 일단 라이소솜에 들어가면 단백질은 비특이적으로 파괴됩니다. 프로테아솜은 원핵생물과 진핵생물에서 모두 발견되며, 단백질이 프로테아솜과 복합체를 형성하여 분해되도록 하기 위해서 단백질을 표적으로 하는 특수한 경로가 존재합니다.

 

진핵생물에서는 단백질이 프로테아솜 내에서 파괴되도록 만드는 가장 흔한 메커니즘은 유비퀴틴화에 의해 이루어집니다. 유비퀴틴은 진핵생물에서 아주 잘 보존되어 있는 작은 폴리펩타이드입니다. 효모부터 사람에 이르기까지 광범위한 종들에서 볼 때 그 서열들 간의 상동성이 아주 많습니다. 유비퀴틴이 단백질에 연결되어 있으면, 유비퀴틴은 그 단백질이 프로테아솜에서 분해되도록 폐기처분 결정을 내립니다.

 

유비퀴틴화 메커니즘에서는 유비퀴틴 활성화효소, 유비퀴틴 운반 단백질, 유비퀴틴 단백질 연결 효소 등 세 가지 효소들이 관여되어 있습니다. 연결 효소가 표적 단백질의 N 말단이나 라이신 곁사슬에 있는 유리된 아미노기로 유비퀴틴을 전달합니다. 단백질이 유비퀴틴화되려면 유리된 알파-아미노기를 갖고 있어야만 한다. 따라서 N 말단이 변형된 단백질들은 유비퀴틴이 중재하는 분해 작용에서 제외됩니다. N 말단 아미노산의 특성도 유비퀴틴화가 얼마나 잘 되는지에 영향을 미칩니다. N 말단에 Met, Ser, Ala, Thr, Val, Gly, Cys을 갖고 있는 단백질들은 유비퀴틴화가 잘 일어나지 않습니다. N 말단에 Arg, Lys, His, Phe, Tyr, Trp, Leu, Asn, Gln, Asp, Glu을 갖고 있는 단백질들은 반감기가 2~30분으로 대단히 짧습니다. N 말단에 산성 잔기를 갖고 있는 단백질들은 파괴과정에 tRNA를 필요로 합니다.

 

아르지닌용 tRNA는 아르지닌을 단백질로 전달하는데 사용되어, 단백질이 유비퀴틴 연결 효소에 의해 훨씬 더 쉽게 작용을 받도록 만듭니다. 

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌