4차 구조 — 여러 사슬이 만나는 복합체
마지막 단계의 구조. 여러 단백질이 합쳐진 복합체.
📖 4차 구조의 정의
4차 구조 (quaternary structure)는 여러 개의 폴리펩티드 사슬이 모여 만든 복합체의 구조다.
- 각 사슬을 subunit (소단위)이라 부름
- 같은 subunit이 여러 개 모이면 homo-multimer (homodimer, homotetramer 등)
- 다른 subunit이 모이면 hetero-multimer
- 2개 = dimer, 3개 = trimer, 4개 = tetramer, ...
🎯 유명한 4차 구조 예 — Hemoglobin
가장 잘 알려진 4차 구조 단백질.
- 인간 hemoglobin: α₂β₂ tetramer — 2개의 α-globin + 2개의 β-globin
- 각 subunit이 globin fold (3차 구조에서 봤음)
- 각 subunit에 heme 한 개 → 한 hemoglobin에 4개의 산소 결합 자리
- 4개 subunit이 — 산소 결합 시 협력해서 작동 (cooperativity)
- "하나가 산소 잡으면 다음 잔기들의 결합력 올라감"
이 협력 효과가 hemoglobin의 핵심 기능 — 폐에서 효율적 산소 흡수, 조직에서 효율적 방출. 4차 구조 없이는 작동 안 함.
📖 왜 4차 구조가 진화했나
"한 큰 단백질로 만들지, 왜 여러 작은 단백질이 모이게 했나?"
- 경제성: 작은 단백질을 여러 개 만드는 게 — 큰 단백질 하나보다 합성 효율적
- 조절 가능성: Subunit 수를 조절해서 — 활성 조절 가능 (예: 2개 → 4개로 결합)
- 오류 허용: 한 subunit이 망가져도 나머지가 작동
- 공간 효율: 같은 active site를 여러 개 가질 수 있음
- 알로스테릭 조절: 한 subunit에 분자 결합 → 다른 subunit에 영향 (hemoglobin의 cooperativity)
🎯 다른 유명한 4차 구조
- 인슐린: 활성 형태는 hexamer (6 subunits). 저장 시. 작동 시는 monomer로 분리.
- IgG (항체): 2 heavy + 2 light = 4 subunits. Y 모양.
- F1-ATP synthase: α₃β₃γδε — 8 subunits. ATP 만드는 회전 모터.
- Proteasome: 28 subunits — 단백질 분해 기계.
- Ribosome: 약 80 subunits + RNA — 단백질 합성 기계.
큰 분자 기계일수록 더 많은 subunit. Ribosome 같은 거대 복합체는 — 사실상 한 거대한 기계.
📖 알파폴드와 4차 구조 — 더 어려운 문제
알파폴드 1과 2는 — 단일 사슬(3차 구조)에 특화됐다. 4차 구조는 더 어려운 문제.
- 이유: 두 사슬이 어떻게 만날지 — 더 많은 가능성
- 2021년에 AlphaFold-Multimer 출시 — 여러 사슬 복합체 예측 가능
- AlphaFold 3 (2024)에서 한층 더 발전 — 단백질-DNA, 단백질-약물 결합까지 예측
그래서 4차 구조 예측은 — 알파폴드 시리즈의 "다음 큰 단계". PART 12와 13에서 더 자세히.
💡 정리 — 4개 단계의 구조
| 1차 | 아미노산 서열 (한 줄의 문자) |
| 2차 | α-나선, β-주름, loop (부분 구조) |
| 3차 | 한 사슬의 전체 3D 모양 (도메인, fold) |
| 4차 | 여러 사슬이 모인 복합체 |
이 4단계가 단백질 구조의 전체 어휘다. 다음 챕터부터 — 이 구조를 어떻게 예측하는가의 본격 알고리즘으로 들어간다.