비천연 아미노산

비천연 아미노산 (Unnatural amino acids)은 자연적으로 단백질 생합성에 사용되지 않는 아미노산들을 통칭하는 용어이다. 표준 유전 암호에 의해 코딩되지 않는 아미노산으로, 20개의 표준 아미노산 외의 모든 아미노산을 포함한다. 때로는 "비표준 아미노산"이라고도 불리지만, 이는 번역 후 변형을 통해 단백질에 삽입되는 일부 아미노산(예: 하이드록시프롤린)과 혼동될 수 있어 "비천연 아미노산"이라는 용어가 더 정확한 의미로 사용된다.

특징 및 분류:

비천연 아미노산은 매우 다양한 구조와 특성을 가질 수 있다. 알킬, 아릴, 할로겐, 금속, 당, 형광단 등 다양한 작용기가 아미노산 구조에 도입될 수 있다. 이러한 다양성 덕분에 비천연 아미노산은 단백질의 구조, 기능, 안정성, 상호작용 등을 조절하는 데 사용될 수 있으며, 생체 내에서 새로운 화학 반응을 수행할 수 있는 단백질을 설계하는 데에도 활용된다.

비천연 아미노산은 크게 화학적으로 합성된 아미노산과 자연적으로 존재하는 변형된 아미노산으로 나눌 수 있다. 화학적으로 합성된 아미노산은 완전히 새로운 구조를 가지며, 자연적으로 존재하는 변형된 아미노산은 표준 아미노산의 구조를 변형하여 얻는다.

응용:

비천연 아미노산은 다음과 같은 다양한 분야에서 응용되고 있다.

• 단백질 공학: 단백질의 기능 향상, 안정성 증가, 새로운 기능 부여 등을 위해 사용된다.
• 신약 개발: 특정 단백질을 표적으로 하는 약물 설계, 약물 전달 시스템 개발 등에 활용된다.
• 진단 기술: 특정 생체 분자를 감지하는 센서 개발, 이미징 기술 등에 응용된다.
• 재료 과학: 생체 재료 개발, 자기 조립 나노 구조체 설계 등에 사용된다.

도입 방법:

비천연 아미노산을 단백질에 도입하는 방법으로는 화학적 합성, 효소적 변형, 유전자 코드 확장 등이 있다. 유전자 코드 확장은 특정 코돈(예: 정지 코돈)을 비천연 아미노산을 지정하는 데 사용하고, 해당 아미노산을 tRNA에 결합시키는 효소를 사용하여 단백질 생합성 과정에 통합하는 방법이다. 이 방법은 생체 내에서 특정 위치에 특정 비천연 아미노산을 정확하게 도입할 수 있다는 장점이 있다.

예시:

• p-아지도페닐알라닌 (p-azidophenylalanine): 광활성화 반응을 통해 다른 분자와 공유 결합을 형성할 수 있는 아미노산으로, 단백질 상호작용 연구에 사용된다.
• L-세린-베타-락톤 (L-serine-beta-lactone): 단백질 내에서 새로운 화학 반응을 촉매할 수 있는 아미노산으로, 효소 개발에 사용된다.
• 플루오르화 아미노산 (Fluorinated amino acids): 단백질의 안정성을 증가시키고 NMR 분광법 연구에 유용하게 사용된다.