단백질 구조의 분류 #

단백질 구조의 계층적인 특징을 살펴보면 1차 구조(Primary structure), 2차 구조(Secondary strucrue), 고2차 구조(Supersecondary structure), 도메인 구조의 폴딩 또는 모듈, 마지막으로 3차 구조(Tertiary strucure) 및 4차 구조(Quaternary structure)로 나누게 된다. 특히 기능과 밀접한 구조는 3차 구조의 접힘(folding)에서 부터 출발하기 때문에 단백질의 기능을 나타내는 3차 구조가 3차원 구조(3D structure)라고 생각하게 된다. 그러나 이는 다르다.

3차원 구조란?(3D structrue) #

3차원 구조란 말그래도 3차원 상의 좌표 x, y, z의 위치정보를 가지고 있는 구조를 말한다. 요즈음 유행하는 3D 프린터에 의한 모델링 또는 설계 도면이라고 생각하면 쉽다. 3차원 구조는 단백질 구조를 결정하는 것으로 X-ray, 또는 실험적인 3D 데이터를 통하여 밝혀진다. 오늘날 의학부분에서는 구조가 알려지면 이를 응용해서 획기적인 약물 후보군들이 만들어지기도 한다. 단백질-단백질 간의 결합인 Docking 에서는 3D 구조가 매우 중요한데, 이는 분자적인 성질인 반데르발스 힘이나 표면에 있는 surface 등의 화학적 성질까지도 고려해야 할 정도로 예민하기 때문이다.

그림1. 3차원 구조란

3D structrue database #

3D 구조는 단순히 실험적인 데이터를 가지고 활용하는것이 아니라 생물정보학이 발전함에 따라 3D 구조 분석 및 예측등 여러방만에서 활용이 된다. 구조 정보의 연구는 기능적인 접근(서열 기반의 분석)과 구조적인 접근(구조 정보 기반의 분석)을 모두 고려해야하기 때문에 오랫동안 연구되어 왔다. 여기에서는 구조에 대한 깊은 정보보다는 구조 데이터베이스의 종류 및 특징을 간략하게 정리하고자 한다.

그림2. 3D structure database와 다양한 연구분야

3D 구조 관련 대표 databse는 다양한 분야로 나눌 수 있다.(그림3) 이 중 몇개의 database에 대하여 소개하고자 한다.

그림3. 대표 3D structure database

PDB #

Protien Data Bank의 약자인 PDB는 Primary database로 NCBI와 같은 통합 데이터베이스이다. 현재 102,863(2014/08/30)개의 구조정보가 등록되어 있으며, 이 구조정보는 여러 기능 정보의 예측과 다양한 secondary database에 활용된다. 주요 데이터 포멧은 PDB format으로 3차원의 좌표 정보를 제공하는 것이 특징이다.

그림4. PDB(출처 http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do)

PDBsum #

PDBsum은 secondary database는 PDB의 구조정보 다양한 기능 및 주석 정보(annotation)를 제공한다. 또한 다른 서열 데이터베이스와의 연결 정보를 제공하기에 데이터 분석에 있어서 중요한 자원을 제공한다. 현재 106,023개의 entry 정보를 제공하고 있다.

그림5. PDBsum(출처 http://www.ebi.ac.uk/pdbsum/)

SCOP #

SCOP은 1995년 처음 소개된 구조분류 database로 서열과 구조 기반의 분류 정보를 제공한다. 분류 기준은 단백질 도메인 및 구조 비교를 통하여 진행하였는데 5개의 구조 형태를 정의하고(그림 6) 이 기준에 맞추어 분류하였다. 현재 2009년 버젼 이후로는 더이상 업데이트가 없었으나. 2014년 SCOP2로 새로 소개되었다.

그림6. SCOP분류

SCOP2 #

SCOP2는 기존에 SCOP이 도메인과 구조적인 특징을 이용하여 분류하였다면, SCOP2는 여기에 relation 정보를 추가하였다. 특히 그래픽 tool을 제공(user 중심의 핸들링이 가능한webtool)하여 SCOP의 계층적 정보에서 네트워크화된 node 정보를 제공한다. 이는 실제 단백질이 가지고 있는 구조적이며 진화적인 relation을 효율적으로 표현할 수 있다.

그림7. SCOP2 relation(출처 http://scop2.mrc-lmb.cam.ac.uk/)

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