시즌 2 · 알파폴드편 / PART 10 · 단백질 기초 — 아미노산에서 3차 구조까지 / Ch 3 · 3차 구조 — 도메인, fold, motif

유명한 fold들 — TIM barrel, Rossmann, Immunoglobulin 등

1000여 개의 fold 중 자주 등장하는 몇 가지를 알아보자.

🎯 1. TIM barrel (α/β 클래스)
  • 가장 흔한 fold 중 하나 — 알려진 효소의 약 10%가 이 fold
  • 이름의 유래: triose-phosphate isomerase (TIM)에서 처음 발견됨 (1975)
  • 구조: 8개의 β-strand가 안쪽에 barrel을 만들고, 8개의 α-helix가 바깥쪽을 감쌈
  • 전체 모양: 도넛/원통
  • active site는 항상 β-barrel의 C-말단 쪽에 위치
  • 예: glycolysis 효소들, 일부 oxidoreductase, 일부 lyase 등
🎯 2. Rossmann fold (α/β 클래스)
  • 또 다른 매우 흔한 fold
  • 이름의 유래: Michael Rossmann이 1974년에 발견
  • 구조: β-α-β-α-β의 단위가 두 개 모임 (6개의 β-strand + 4개의 α-helix)
  • 역할: NAD/NADP 같은 cofactor 결합
  • 표준 motif: GxGxxG (G=Glycine, x=anything) — Rossmann fold의 시그니처
  • 예: lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, GAPDH 등 — 거의 모든 NAD-binding 효소
🎯 3. Immunoglobulin fold (all-β 클래스)
  • 면역 시스템 단백질의 기본 fold
  • 구조: 7~9개의 β-strand가 두 sheet로 모여 sandwich 형태 ("β-sandwich")
  • 두 sheet 사이의 hydrophobic core가 안정화
  • "hairpin loops"가 표면에 노출 — 항체의 항원 결합 부위(CDR)는 모두 이 loop들
  • 예: 항체(IgG, IgM 등), T-cell receptor, MHC 단백질, fibronectin, titin (근육의 가장 큰 단백질, 모두 Ig fold의 반복)
🎯 4. Greek key (all-β 클래스)
  • 4~8개의 antiparallel β-strand가 특정 토폴로지로 배열
  • 이름의 유래: 그리스 항아리에 자주 보이는 키 모양 패턴
  • strand 순서가 1-2-3-4가 아니라 — 예를 들어 1-4-3-2 같이 꼬여있는 패턴
  • 예: GFP(녹색 형광 단백질), nucleoplasmin
🎯 5. Jelly roll (all-β 클래스)
  • 8개의 β-strand가 둥글게 감겨 만드는 fold
  • "종이를 둥글게 마는" 듯한 토폴로지
  • 예: 많은 바이러스 캡시드 단백질, 일부 효소 (concanavalin A)
🎯 6. Globin fold (all-α 클래스)
  • α-helix 8개로 이루어진 fold
  • 유명한 myoglobin, hemoglobin의 fold
  • 가운데에 heme 분자 (산소 결합) 위치
  • 이게 1958년 X-ray로 처음 결정된 단백질 구조 (PART 9 Ch 3에서 봄)
📖 한 가지 흥미로운 패턴

이 유명한 fold들의 공통점 — 대부분 매우 오래된 진화 단위.

  • TIM barrel: 10억 년 이상 전부터 존재
  • Rossmann fold: 생명의 거의 가장 처음 단계부터
  • Immunoglobulin fold: 약 5억 년 (동물 면역계와 함께 발전)
  • Globin fold: 산소 사용 시작 시기부터 (산소 결합용)

한 번 만들어진 fold가 — 진화에서 계속 재활용된다. 이게 "자연이 fold를 적게 만들고 재활용한다"는 명제의 증거.

💡 정리

이 5~6개의 fold만 알면 — 알려진 단백질의 약 30~40%를 커버한다.

알파폴드 학습 데이터에 이런 fold들이 풍부해서 — 이런 fold의 단백질은 알파폴드가 매우 정확히 예측한다. 반대로, 드문 fold나 새 fold는 — 알파폴드도 어려워한다 (그래서 CASP에서 free modeling이 가장 어려운 카테고리).