정답
단백질 Y는 세포질 pH에서 전하를 1개 띠는 아미노산 잔기로 치환된 단백질이며, (나)에서 β-ME를 처리하지 않으면 두 폴리펩티드 사슬이 이황화 결합으로 연결된 약 \(40\,\text{kDa}\) 이량체로, 처리하면 이황화 결합이 끊어져 약 \(20\,\text{kDa}\) 단량체로 나타난다. 또한 크기 배제 크로마토그래피 결과로 보아 단백질 X는 약 \(20\,\text{kDa}\)짜리 동일한 폴리펩티드 두 개가 이황화 결합으로 연결된 약 \(40\,\text{kDa}\) 동종 이량체임을 알 수 있다.
출제 의도
한 개의 아미노산 치환이 단백질의 전하에 미치는 영향과, β-mercaptoethanol에 의한 이황화 결합 환원이 SDS-PAGE 결과를 어떻게 바꾸는지 이해하는지를 평가한다.
또한 크기 배제(겔 여과) 크로마토그래피에서 분자량이 큰 단백질이 먼저 용출된다는 성질을 이용해, 단백질의 3·4차 구조(단량체인지 이량체인지)를 추론하는 능력을 묻는다.
풀이 과정
자료에서 단백질 Y는 단백질 X를 암호화하는 유전자에 점 돌연변이가 일어나, 세포질 pH에서 전하를 1개 띠는 다른 아미노산 잔기로 치환된 것이라고 하였다.
따라서 Y는 X와 아미노산 서열이 거의 같지만 한 자리에서만, 전하를 띠지 않던 아미노산이 전하를 1개 띠는 산성 또는 염기성 아미노산으로 바뀐 단백질임을 알 수 있다. 이 치환은 전하를 바꾸지만, 전체 질량은 거의 같으므로 분자량에는 큰 영향을 주지 않는다.
다음으로 (나)의 SDS-PAGE 결과를 본다.
SDS-PAGE에서는 SDS가 단백질에 거의 일정 비율로 결합하여 강한 음전하를 부여하므로, 단백질 사이의 전하 차이는 거의 무시되고, 주로 분자량에 따라 분리된다.
β-ME를 처리하지 않았을 때 단백질 X와 Y가 약 \(40\,\text{kDa}\) 부근에서 이동하는 것은 두 개의 폴리펩티드 사슬이 이황화 결합으로 서로 연결된 이량체 상태로 존재하기 때문이다.
β-ME를 처리하면 이황화 결합이 환원되어 두 사슬이 떨어지게 되고, 각각 약 \(20\,\text{kDa}\) 크기의 단량체로 분리되어 더 아래쪽, \(20\,\text{kDa}\) 부근에서 하나의 밴드로 나타난다.
이때 X와 Y는 한 자리 아미노산만 다르고 전체 길이(분자량)는 거의 같으므로, SDS-PAGE에서는 서로 구별되지 않고 같은 위치의 밴드로 나타난다.
다음으로 (다)의 크기 배제(겔 여과) 크로마토그래피 결과를 해석한다.
크기 배제 크로마토그래피에서는 분자 크기가 큰 단백질이 컬럼의 겔 입자 내부 공간에 잘 들어가지 못해 이동 경로가 짧고, 따라서 먼저 용출된다. 반대로 작은 단백질은 겔 내부로 더 들어가 이동 경로가 길어 뒤늦게 용출된다.
실험 결과에서 단백질 X의 피크가 \(40\,\text{kDa}\) 표준 단백질의 예상 용출 부피와 일치하므로, 세포 내에서의 단백질 X는 약 \(40\,\text{kDa}\) 크기의 입체 구조(이량체)로 존재함을 알 수 있다.
앞서 SDS-PAGE에서 β-ME 처리 후 단량체의 분자량이 약 \(20\,\text{kDa}\)임을 알았으므로, 단백질 X는 약 \(20\,\text{kDa}\)짜리 동일한 폴리펩티드 두 개가 이황화 결합으로 연결된 약 \(40\,\text{kDa}\) 동종 이량체인 것으로 결론 내릴 수 있다.