코드 — Kyte-Doolittle scale로 막 단백질 검출

이 챕터의 핵심 메시지 — "아미노산의 hydrophobicity가 단백질 구조의 큰 단서" — 를 코드로 확인하자.

🎯 코드가 하는 일

Kyte-Doolittle hydrophobicity scale (20개 값) 정의
두 가지 서열의 평균 KD 점수 계산:
- 막 관통 헬릭스 (Glycophorin A의 막 통과 부분)
- 수용성 단백질 표면 (Lysozyme의 N-말단 영역)
두 영역의 hydrophobicity 차이로 어디에 위치한 단백질인지 짐작

실제 막 단백질 예측 도구(TMHMM 등)도 본질적으로 같은 원리를 더 정교하게 구현 — 1차 구조에서 구조 단서를 뽑는 가장 단순한 예.

PYTHON

import numpy as np
np.random.seed(42)

# Kyte-Doolittle (1982) hydrophobicity scale
# 양수일수록 소수성, 음수일수록 친수성
kd_scale = {
    'A':  1.8, 'R': -4.5, 'N': -3.5, 'D': -3.5, 'C':  2.5,
    'E': -3.5, 'Q': -3.5, 'G': -0.4, 'H': -3.2, 'I':  4.5,
    'L':  3.8, 'K': -3.9, 'M':  1.9, 'F':  2.8, 'P': -1.6,
    'S': -0.8, 'T': -0.7, 'W': -0.9, 'Y': -1.3, 'V':  4.2
}

# 막 관통 영역 (Glycophorin A의 세포막을 가로지르는 부분)
membrane_helix = "ITLIIFGVMAGVIGTILLISYGI"
# 수용성 단백질 표면 (Lysozyme N-말단 부분)
soluble_region = "KVFGRCELAAAMKRHGLDNYRGYSLGNWVCAAKFESNFNTQATNRNTDGSTDYG"

print(f"{'영역':<20}{'길이':>6}{'평균 KD':>12}{'성격':>16}")
print("-" * 56)

for label, seq in [("막 관통 헬릭스", membrane_helix), ("수용성 단백질 표면", soluble_region)]:
    scores = [kd_scale[a] for a in seq]
    avg = np.mean(scores)
    nature = "소수성 (막 안)" if avg > 0 else "친수성 (물 쪽)"
    print(f"{label:<20}{len(seq):>6}{avg:>+12.2f}{nature:>16}")

print()
print("← 막을 가로지르는 영역은 평균 KD가 양수 (소수성).")
print("   수용성 단백질 표면은 평균 KD가 음수 (친수성).")
print("   아미노산 한 글자의 hydrophobicity 값만으로도")
print("   '이 영역이 어디에 위치할 단백질인가'를 짐작할 수 있다.")
print("   이게 1차 구조(서열)에서 구조 단서를 뽑는 가장 단순한 예.")

출력

기대 출력:

영역                      길이       평균 KD              성격
--------------------------------------------------------
막 관통 헬릭스                23       +2.29       소수성 (막 안)
수용성 단백질 표면              54       -0.77       친수성 (물 쪽)

← 막을 가로지르는 영역은 평균 KD가 양수 (소수성).
   수용성 단백질 표면은 평균 KD가 음수 (친수성).
   아미노산 한 글자의 hydrophobicity 값만으로도
   '이 영역이 어디에 위치할 단백질인가'를 짐작할 수 있다.
   이게 1차 구조(서열)에서 구조 단서를 뽑는 가장 단순한 예.

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