보결분자단

많은 단백질들은 아미노산 외의 화합물을 포함하고 있지 않으며 단순단백질(simple protein)이라고 불린다. 그러나 일부 단백질들은 아미노산 외에도 생물학적 기능을 수행하기 위해 화학 물질을 영구적으로 포함하고 있으며 이 경우 복합단백질(conjugated protein)이라고 한다. 복합단백질에서 비아미노산 부분에 해당하는 화학 물질을 보결분자단(prosthetic group)이라고 한다.  

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복합단백질은 포함하고 있는 보결분자단의 화학적 특성에 따라 지방단백질(lipoprotein), 당단백질(glycoprotein), 금속단백질(metalloprotein) 등으로 분류되며, 많은 단백질들이 두개 이상의 보결분자단을 포함하고 있다.

이와 유사하게, 효소(enzyme)의 관점에서도 활성을 위해 단백질 외의 화학 물질을 필요로 하는 경우 이런 물질을 보조인자(cofactor)라고 한다. 보조인자는 크게 금속 이온(철, 마그네슘, 망간, 아연 등)과 조효소(coenzyme)이라고 불리는 유기/금속유기 분자로 나눌 수 있다. 이때, 효소 단백질과 강하게 또는 공유결합(covalent bond)를 통해 결합하는 조효소 또는 금속 이온을 보결분자단이라고 표현한다. 조효소 또는 금속 이온이 결합하여 완전히 활성화 되어 있는 상태의 효소를 전효소(holoenzyme)이라고 하며, 전효소의 단백질 부분만을 아포효소(apoenzyme)이라고 한다.

보결분자단은 종종 조효소(coenzyme)과 혼동되기도 하는데, 통상적으로 조효소는 단백질과의 결합 강도에 따라 보결분자단과 보조기질(cosubstrate)로 구분되기도 한다. 보결분자단은 많은 경우 단백질의 기능을 유지하는 상태로는 제거할 수 없고, 분리된 뒤에는 단백질과 보결분자단이 다시 결합하는 것도 어렵다. 반면, 보조기질은 비교적 느슨하게 단백질과 결합하며 활성에 따라 유리되거나 재결합될 수 있다. 그러나, 단백질과 조효소 간의 결합력은 동일한 유기 물질이라도 대상 단백질에 따라 매우 큰 차이를 보이므로 정확하게 보결분자단과 보조기질을 구분하기 어려운 경우가 존재한다.

비타민은 생체 내 필수 미세영양소로서 체내에서 전혀 합성되지 않거나, 합성되더라도 충분하지 못하기 때문에 외부로부터 섭취되어야 한다. 비타민은 대표적인 보결분자단으로 효소의 구성성분이 되어 다양한 생체 내 대사에 관여한다. 예를 들어, 비타민A의 경우 세포와 조직의 생장 및 분화를 조절하는 기능을 하고 비타민D는 미네랄 대사의 조절 인자이며, 비타민C, E는 항산화물질로 작용하기도 한다.

헴은 철 이온이 포피린(porphyrin)에 결합된 형태의 배위결합 복합체이다. 포피린을 포함하는 많은 금속단백질들이 헴 그룹을 보결분자단으로 포함하고 있으며 헴단백질(hemoprotein)이라고 한다. 헴은 혈액의 붉은 색을 나타내는 헤모글로빈의 구성 성분으로 가장 잘 알려져 있으나 마이오글로빈(myoglobin), 싸이토크롬(cytochrome), 카탈라아제(catalase) 등 생물학적으로 매우 중요한 헴단백질에서도 발견할 수 있다. 

헴 그룹(heme group)을 보결분자단(prosthetic group)으로 갖고 있는 헤모글로빈 4량체의 구조 (출처: GettyImages-141482552)

Cobalamine (B₁₂), 세균, 고균, 진핵생물, 헴(Heme)

김민규/한국원자력연구원

1. Nelson, DL. and Cox, MM. Lehninger Principles of Biochemistry 5th Ed., FREEMAN

2. Paoli, M. 2002. Structure-function relationships in heme-proteins. DNA Cell Biol. 21, 271–280.

3. Hasim, O. 2010. Coenzyme, Cofactor and Prosthetic Group - Ambiguous Biochemical Jargon. Kuala Lumpur: Biochemical Education. pp. 93–94.