단백질
단백질은 생명 유지에 필수적인 영양소로서, 효소, 호르몬, 항체 등의 주요 생체 기능을 수행하고 근육 등의 체조직을 구성한다. 단백질은 살아 있는 세포에서 수분 다음으로 풍부하게 존재하므로 식이를 통해 체내에서 필요한 단백질을 규칙적으로 공급해주는 일은 건강 유지에 필수적이다. 분자량이 수천에서 수백 만에 이르는 거대분자인 단백질은, 식이섭취 후 소화과정을 거쳐 구성 단위인 아미노산으로 분해된 후 흡수되어 체내에서 이용된다.
단백질의 분류와 구조
단백질의 분류
생체내에 수천 가지의 다른 형태로 존재하는 단백질을 그 구성성분으로 분류하면 크게 단순단백지로가 복합단백질로 나눌 수 있다. 단순단백질은 아미노산 외에 다른 화학성분을 함유하지 않는 단백질이다. 복합단백질은 아미노산 외에 몇 가지 화학성분을 함유하는 단백질로서 비아미노산 부분을 보결기라 하는데, 보결기는 단백질의 생물학적 기능에 중요한 역할을 하며 보결기의 화학적 성질에 따라 복합단백질을 분류한다.
| 분류 | 보결기 | 예 |
| 지단백질 | 지방질 | 카일로미크론, VLDL, LDL, HDL |
| 당단백질 | 탄수화물 | 소장 점액 중의 뮤신, 점액 단백질, 혈중 면역그로불린G |
| 인단백질 | 인산기 | 우유의 카페인 |
| 헴단백질 | 헴 | 혈중 헤모글로빈 |
| 플라빈 단백질 | 플라빈 뉴클레오티드 | 숙신산 탈수소효소 |
| 금속단백질 | 철, 아연, 칼슘, 구리 등 | 철저장단백질, 알코올 탈수소효소, 칼모둘린, 플래스토시아닌 |
단백질은 또한 생체내에서 수행하는 기능에 따라 효소, 운반단백질, 영양단백질, 운동단백질, 구조단백질, 방어단백질, 조절단백질 등으로 분류할 수 있다.
단백질의 구성 단위
단백질의 구성 단위인 아미노산들은 강한 공유결합인 펩티드 결합으로 연결되어 있으며 최소한 100여개의 아미노산으로 구성되어 있다. 아미노산은 탄소 산소 질소로 구성되며, 일부 아미노산은 황을 함유하고 있다. 천연에 총 20개의 L-아미노산들이 특유한 배열로 식이 및 조직단백질을 구성한다. 단백질에서 볼 수 있는 20종류의 아미노산은 모두 1개이 카르복실기와 1개의 카르복실기와 1개의 아미노기를 가지고 있다. 아미노산의 특유한 화학적 특성을 나타내는 잔기인 R부분이 아미노산의 형태와 이름을 결정한다. R이 수소이면 글리신이 되고, R이 메틸기이면 알라닌이 된다. 화학적으로유사한 R부분을 지니는 아미노산들을 중성, 산성, 염기성, 방향족, 곁가지아미노산 등으로 분류할 수 있다. 단백질을 구성하는 아미노산은 체내에서 합성할 수 없는 9개의 필수 아미노산과 합서이 가능한 11개의 불필수 아미노산으로 나누어지며, 필수아미노산은 반드시 식이로서 공급되어야 한다. 식이에서 충분히 필수아미노산이 공급되지 않으면 체내에서 단백질 합성이 지연되므로 단백질의 분해가 합성을 능가하게 되어 건강이 나빠진다.
| 필수아미노산 | 불필수 아미노산 |
| 히스티딘, 이소루신, 루신, 리신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 발린 |
알라닌, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 시스테인, 글루탐산, 글루타민, 글리신, 프롤린, 세린, 티로신 |
단백질의 구조
단백질은 20개의 아미노산으로 구성되므로 상당히 많은 수의 단백질이 식품내에 존재한다. 단백질의 구조는 1차, 2차, 3차, 4차 구조 등으로 나누어진다.
1차구조
단백질 내에서 펩티드 결합으로 이루어진 아미노산의 배열을 1차 구조라고 한다.
2차구조
단백질의 2차 구조는 이웃하는 아미노산 사이의 상호작용으로 이루어진다. 한가닥의 실과 같은 형태인 1차 구조물이 회전, 접힘, 꼬임 등의 과정을 거쳐 α헬릭스나 β시트 등을 형성하며 주로 수소 결합에 의해 안정화된다.
3차 4차 구조
단백질의 기능을 수행하기 위한3차원적인 입체구조이다. 이 구조는 수소 결합, 단데르발스 힘, 이온 결합, 소수성 결합 등의 비공유결합 혹은 시스테인 잔기 사이의 이황화 결합에 의해 안정화 된다. 아미노산 잔기의 특성에 따라 주로 친수성 잔기들이 단백질의 표면에 위치하며 소수성 잔기들이 안으로 숨어들어가 형성되는 3차원적 입체구조를 3차 구조라 한다. 둘이상의 폴리펩티드가 상호작용하여 4차 구조를 이루기도 한다.
단백질의 구조의 변화
단백질의 활성 형태인 3차원적 입체구조에서 급격히 저어주거나 가열, 산 알칼리 용액으로 처리했을 때 풀어지면서 활성을 잃게 되는 과정을 변성이라 한다. 변성된 단백질은 본래의 입체구조를 유지할 수 있는 조건으로 돌려주면 재생된다. 단백질의 소화과정 중 위에서 분비되는 염산에 의해 식이 단백질이 변성되어, 펩티드 결합을 가수분해시키기 위한 효소의 접근이 용이하게 된다.
