{{위키데이터 속성 추적}}
'''단백질의 2차 구조'''(Protein Secondary Structure)는 [[단백질]]의 국부 영역의 3차원 형태이다. [[베타 회전 구조]] 및 [[오메가 루프 구조]]도 발생하지만 가장 일반적인 2차 구조의 요소는 [[알파 나선 구조]]와 [[베타 병풍 구조]]이다. 2차 구조 요소는 일반적으로 단백질이 3차원의 [[단백질의 3차 구조]]로 접히기 전에 중간체로 자발적으로 형성된다.

2차 구조는 [[펩타이드]] 골격에서 [[아민|아미노]] 수소와 [[카복실산|카복실]] 산소 원자 사이의 [[수소 결합]] 패턴에 의해 정의된다. 대안적으로 2차 구조는 정확한 [[수소 결합]]을 갖는지 여부에 관계없이 [[라마찬드란 조사구]]의 특정 영역에서 골격 [[이면각|다면각]]의 규칙적인 패턴에 기초하여 정의 될 수 있다.

2차 구조의 개념은 1952년 [[스탠퍼드 대학교]]에서 Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang에 의해 처음 소개되었다.<ref>{{서적 인용|제목=Lane Medical Lectures: Proteins and Enzymes|성=Linderstrøm-Lang KU|연도=1952|출판사=Stanford University Press|쪽=115|asin=B0007J31SC}}</ref><ref name="pmid9144781">{{저널 인용|제목=Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang (1896–1959)|저널=Protein Sci.|연도=1997|권=6|호=5|쪽=1092–100|doi=10.1002/pro.5560060516|pmc=2143695|pmid=9144781|인용문=He had already introduced the concepts of the primary, secondary, and tertiary structure of proteins in the third Lane Lecture (Linderstram-Lang, 1952)}}</ref> [[핵산]]과 같은 다른 유형의 [[생체고분자]]도 특징적인 [[핵산의 2차 구조|2차 구조]]를 가지고 있다.

== 종류 ==
{| class="wikitable sortable floatright"
|+ 단백질 나선의 세 가지 주요 형태의 구조적 특징<ref>{{웹 인용|url=http://www.biomed.curtin.edu.au/biochem/tutorials/prottute/helices.htm|제목=Interactive Protein Structure Tutorial|성=Steven Bottomley|연도=2004|확인날짜=January 9, 2011|보존url=https://web.archive.org/web/20110301175611/http://www.biomed.curtin.edu.au/biochem/tutorials/prottute/helices.htm|보존날짜=2011-03-01|url-status=dead}}</ref>
! 기하학 속성
! 알파 나선
! 3<sub>10</sub> 나선
! π 나선
|-
| 1회전 당 잔기의 개수
| align="right" | 3.6
| align="right" | 3.0
| align="right" | 4.4
|-
| 한 잔기 당 번역 길이
| align="right" | {{단위 변환|1.5|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|2.0|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|1.1|Å|nm}}
|-
| 나선의 반경
| align="right" | {{단위 변환|2.3|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|1.9|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|2.8|Å|nm}}
|-
| 최고점
| align="right" | {{단위 변환|5.4|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|6.0|Å|nm}}
| align="right" | {{단위 변환|4.8|Å|nm}}
|}
가장 일반적인 2차 구조는 [[알파 나선 구조]]와 [[베타 병풍 구조]]이다. [[310 나선|3<sub>10</sub> 나선]] 및 [[π 나선]]과 같은 다른 나선은 에너지적으로 유리한 [[수소 결합]] 패턴을 갖는 것으로 계산되지만 나선 중심의 바람직하지 않은 골격으로 인해 알파 나선의 끝을 제외하고 자연 단백질에서는 거의 관찰되지 않는다. [[폴리 프롤린 나선]] 및 [[알파 병풍 구조]]와 같은 다른 확장 된 구조는 천연 상태 단백질에서는 드물지만 종종 중요한 [[단백질 접힘]]의 [[중간체]]로 가정된다. 단단한 회전과 느슨하고 유연한 루프는 보다 보통적인 2차 구조 요소를 연결한다. [[무작위 코일]](Random Coil)은 진정한 2차 구조는 아니지만 규칙적인 2차 구조가 없음을 나타내는 형태의 클래스이다.

[[아미노산]]은 다양한 2차 구조 요소를 형성하는 능력이 다양하다. [[프롤린]]과 [[글라이신]]은 나선 차단기로 알려져 있다. 그러나 모두 특이한 구조적인 능력을 가지고 일반적으로 발견되는 회전이다. 단백질에서 나선 형태를 채택하는 것을 선호하는 아미노산은 [[메티오닌]], [[알라닌]], [[류신]], [[글루탐산]], [[라이신]](MALEK)이다. 대조적으로, 큰 방향족 잔기([[트립토판]], [[티로신]], [[페닐알라닌]]) 및 분지형 C<sup>β</sup> 아미노산([[아이소류신]], [[발린]], [[트레오닌]])은 베타 가닥을 선호한다. 그러나 이들 선호도는 서열 단독으로부터 2차 구조를 예측하는 신뢰성 있는 방법을 생성하기에는 강하지 않다.

=== DSSP 분류 ===
[[파일:SegmentLengths.dist.png|섬네일|200x200픽셀| 비중복 pdb_select database에서 얻은 분포(2006년 3월). DSSP에 의해 할당된 2차 구조(8개의 순응 상태가 3개 상태로 감소: H=HGI, E=EB, C=STC). 가시성은(가우스) 분포의 혼합물로서, DSSP 상태의 감소에도 기인한다. ]]
짧은 DSSP의 단백질 2차 구조 사전은 일반적으로 단일 문자 코드로 단백질 2차 구조를 설명하는 데 사용된다. 2차 구조는 Pauling 등이 처음 제안한 [[수소 결합]] 패턴을 기반으로 지정된다. 1951년([[단백질의 구조]]가 실험적으로 결정되기 전). DSSP가 정의하는 8가지 유형의 2차 구조가 있다.

* G = 3회전 나선 ([[310 나선|3<sub>10</sub> 나선]]), 최소 길이 3 잔기
* H = 4회전 나선 ([[알파 나선|α 나선]]), 최소 길이 4 잔기
* I = 5회전 나선 ([[π 나선]]), 최소 길이 5 잔기
* T = [[수소 결합]] 회전 (3~5회전)
* E = 평행 또는 [[역평행]] [[베타 병풍 구조]]의 연장된 가닥, 최소 길이 2 잔기
* B = 분리된 베타 다리의 잔기 (단일 베타 병풍 구조의 수소 결합 형성)
* S = 굽힘 (유일한 비수소 결합)
* C = 코일 (상기 형태 중 어느 것도 아닌 잔기)

코일은 종종 ' ' (공백), 'C' (코일), '-' (대시)로 표현된다. 나선 (G, H 및 I) 및 시트 형태는 모두 적절한 길이를 가져야 한다. 이는 [[단백질의 1차 구조|1차 구조]]에서 2개의 인접한 잔기가 동일한 [[수소 결합]] 패턴을 형성해야 함을 의미한다. 나선 또는 병풍 수소 결합 패턴이 너무 짧으면 각각 T 또는 B로 지정된다. 다른 단백질 2차 구조의 할당 범주(날카로운 회전, 오메가 루프 등)가 있지만 자주 사용되지는 않는다.

단백질의 2차 구조는 [[수소 결합]]으로 정의되므로 [[수소 결합]]의 정확한 정의가 중요하다. 단백질의 2차 구조에 대한 표준 수소 결합 정의는 순수한 정전기 모델인 DSSP의 정의이다. 이것은 ±''q''<sub>1</sub>의 전하를 할당한다.

: <math>
E = q_{1} q_{2}
\left( \frac{1}{r_\mathrm{ON}} + \frac{1}{r_\mathrm{CH}} - \frac{1}{r_\mathrm{OH}} - \frac{1}{r_\mathrm{CN}} \right) \cdot 332 \text{ kcal/mol}.
</math>

DSSP에 따르면, ''E''가 {{Cvt|-0.5|kcal/mol|kJ/mol}}보다 작은 경우에만 [[수소 결합]]이 존재한다. DSSP 공식은 물리적 수소 결합 에너지의 비교적 조잡한 근사치이지만 일반적으로 단백질의 2차 구조를 정의하기 위한 도구로 인정된다.

=== SST<ref name=":0">{{저널 인용|제목=Minimum message length inference of secondary structure from protein coordinate data|저널=Bioinformatics|날짜=Jun 2012|권=28|호=12|쪽=i97–i105|doi=10.1093/bioinformatics/bts223|pmc=3371855|pmid=22689785}}</ref> 분류 ===
[http://lcb.infotech.monash.edu.au/sstweb2 SST]는 최소 메시지 길이(MML) 추정의 Shannon 정보 기준을 사용하여 단백질 좌표 데이터에 2차 구조를 할당하는 베이시안 방법이다. [http://lcb.infotech.monash.edu.au/sstweb2 SST]는 단백질의 2차 구조의 모든 할당을 주어진 단백질 좌표 데이터를 설명하려는 잠재적 가설로 취급한다. 핵심 아이디어는 최상의 2차 구조 지정이 주어진 단백질 좌표의 좌표를 가장 경제적인 방법으로 설명할 수 있는 것이므로, 2차 구조의 추론을 [[비손실 압축]]과 연결하는 것이다. SST는 모든 단백질 사슬을 다음과 같은 할당 유형과 관련된 영역으로 정확하게 묘사한다.<ref>{{웹 인용|url=http://lcb.infotech.monash.edu.au/sst|제목=SST web server|확인날짜=17 April 2018}}</ref>

* E = 베타 병풍 구조의 (연장) 가닥
* G = 시계방향 3<sub>10</sub> 나선 구조
* H = 시계방향 알파 나선 구조
* I = 시계방향 π 나선 구조
* g = 반시계방향 3<sub>10</sub> 나선 구조
* h = 반시계방향 알파 나선 구조
* i = 반시계방향 π 나선 구조
* 3 = 3<sub>10</sub> 유사 회전
* 4 = α 유사 회전
* 5 = π 유사 회전
* T = 불특정 회전
* C = 코일
* - = 할당되지 않은 잔기

[http://lcb.infotech.monash.edu.au/sstweb2 SST]는 π 및 3<sub>10</sub> 나선 캡을 표준 α 나선 구조까지 감지하고 다양한 확장 가닥을 일관된 베타 병풍 구조에 자동으로 조립한다. 해부된 2차 구조 요소의 읽기 가능한 출력과 할당된 2차 구조 요소를 개별적으로 시각화하기 위한 해당 [[파이몰]] 로드 가능 스크립트를 제공한다.

== 실험 결정 ==
[[생체고분자]]의 대략적인 2차 구조 함량(예를 들어, 어떤 단백질은 40% 알파 나선 구조 및 20% 베타 병풍 구조)은 [[분광학|분광학적]]으로 추정 될 수 있다.<ref name="Pelton_ McLean_2000">{{저널 인용|제목=Spectroscopic methods for analysis of protein secondary structure|저널=Anal. Biochem.|연도=2000|권=277|호=2|쪽=167–76|doi=10.1006/abio.1999.4320|pmid=10625503}}</ref> 단백질의 경우, 일반적인 방법은 원자외선(far-UV, 170-250nm)으로 추정한다. 208~222nm에서는 [[알파 나선 구조]]를 나타내고, 204~214nm에서는 [[베타 병풍|베타 병풍 구조]] 또는 무작위 코일을 나타낸다. 또 다른 방법은 [[적외선 분광법]]으로, 수소 결합으로 인한 [[아미노기]]의 결합 진동의 차이를 감지한다. 마지막으로 2차 구조 함량은 초기에 할당되지 않은 [[핵자기 공명]] 스펙트럼의 화학적 이동을 사용하여 정확하게 추정 할 수 있다.<ref name="pmid14668443">{{저널 인용|제목=Rapid protein fold determination using unassigned NMR data|저널=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.|url=|연도=2003|권=100|호=26|쪽=15404–09|doi=10.1073/pnas.2434121100|pmc=307580|pmid=14668443}}</ref>

== 예측 ==
아미노 서열에서만 [[단백질의 3차 구조]]를 예측하는 것은 매우 어려운 문제이지만([[단백질의 구조 예측]] 참조)보다 간단한 2차 구조 정의를 사용하는 것이 더 다루기 쉽다.

2차 구조 예측의 초기 방법은 [[알파 나선 구조]], [[베타 병풍 구조]], [[무작위 코일]]의 세 가지 주요 상태를 예측하는 것으로 제한되어 왔다. 이들 방법은 개별 [[아미노산]]의 알파 나선 구조 또는 베타 병풍 구조의 형성에 기초하고, 때때로 2차 구조 요소를 형성하는 [[자유에너지]]를 추정하기 위한 규칙과 결합된다. 아미노산 서열로부터 단백질 2차 구조를 예측하기 위해 가장 널리 사용된 기술은 Chou-Fasman 방법<ref name="Chou_predict0">{{저널 인용|제목=Prediction of protein conformation|저널=Biochemistry|날짜=Jan 1974|권=13|호=2|쪽=222–45|doi=10.1021/bi00699a002|pmid=4358940}}</ref><ref name="Chou_predict1">{{저널 인용|제목=Empirical predictions of protein conformation|url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-biochemistry_1978_47/page/251|저널=Annual Review of Biochemistry|연도=1978|권=47|쪽=251–76|doi=10.1146/annurev.bi.47.070178.001343|pmid=354496}}</ref><ref name="Chou_predict2">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/advancesinenzymo0047unse/page/45|제목=Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology|연도=1978|총서=Advances in Enzymology - and Related Areas of Molecular Biology|권=47|쪽=[https://archive.org/details/advancesinenzymo0047unse/page/45 45–148]|장=Prediction of the secondary structure of proteins from their amino acid sequence|doi=10.1002/9780470122921.ch2|isbn=9780470122921|pmid=364941}}</ref>과 GOR 방법이 있다.<ref name="Garnier">{{저널 인용|제목=Analysis of the accuracy and implications of simple methods for predicting the secondary structure of globular proteins|저널=Journal of Molecular Biology|날짜=March 1978|권=120|호=1|쪽=97–120|doi=10.1016/0022-2836(78)90297-8|pmid=642007}}</ref> 이러한 방법이 잔기가 채택하는 3가지 상태(알파 나선 구조, 베타 병풍 구조, 무작위 코일)를 예측할 때 60%의 정확도를 달성한다고 주장했지만, 나중에 블라인드 컴퓨팅 평가는 실제 정확도가 훨씬 낮다는 것을 보여주었다.<ref name="Kabsch">{{저널 인용|제목=How good are predictions of protein secondary structure?|저널=FEBS Letters|날짜=May 1983|권=155|호=2|쪽=179–82|doi=10.1016/0014-5793(82)80597-8|pmid=6852232}}</ref>

[[다중서열정렬]]을 이용함으로써 정확도(약 80%까지)의 현저한 증가가 이루어졌다. 진화 과정에서 한 위치에서 발생하는 [[아미노산]]의 전체 분포를 알면 해당 위치 근처의 구조적 경향을 훨씬 더 잘 파악할 수 있다.<ref name="Simossis_2004">{{저널 인용|제목=Integrating protein secondary structure prediction and multiple sequence alignment|저널=Current Protein & Peptide Science|날짜=Aug 2004|권=5|호=4|쪽=249–66|doi=10.2174/1389203043379675|pmid=15320732}}</ref><ref name="pmid20221928">{{서적 인용|제목=Protein secondary structure prediction|연도=2010|총서=Methods in Molecular Biology|권=609|쪽=327–48|doi=10.1007/978-1-60327-241-4_19|isbn=978-1-60327-240-7|pmid=20221928}}</ref> 예를 들어 주어진 단백질은 어떠한 위치에 [[글라이신|글리신]]을 가질 수 있으며, 그 자체로 [[무작위 코일]]을 제안 할 수 있다. 그러나 [[다중서열정렬]]은 알파 나선 구조의 아미노산이 거의 10억 년의 진화에 걸친 상동성 단백질의 95%에서 발생한다는 것을 나타낼 수 있다. 또한 그 위치 및 근처 위치에서의 평균 [[소수성]]을 조사함으로써, 동일한 정렬은 알파 나선 구조와 일치하는 잔류 용매 접근성의 패턴을 제안 할 수 있다. 종합하면 이들 인자는 원래 [[단백질]]의 [[글리신]]이 무작위 코일이 아닌 [[알파 나선 구조]]을 채택함을 시사한다. 사용 가능한 모든 데이터를 결합하여 [[인공신경망]], [[은닉 마르코프 모형]] 및 [[서포트 벡터 머신]]을 포함한 3가지 상태 예측을 형성하는 데 여러 유형의 방법이 사용된다. 또한 최신 예측 방법은 모든 위치에서 예측에 대한 신뢰 점수를 제공한다.

== 응용 ==
단백질 및 [[핵산의 2차 구조]]는 [[다중서열정렬|다중 서열 정렬]]을 돕기 위해 사용될 수 있다. 이러한 정렬은 간단한 서열 정보 외에 2차 구조 정보를 포함시킴으로써 보다 정확하게 이루어질 수 있다. [[염기쌍]]이 서열보다 훨씬 더 많이 보존되기 때문에 이것은 때때로 [[RNA]]에서는 덜 유용하다. [[단백질의 1차 구조|1차 구조]]가 정렬 불가능한 단백질 사이의 먼 관계는 때때로 2차 구조에 의해 발견 될 수 있다.<ref name="Simossis_2004">{{저널 인용|제목=Integrating protein secondary structure prediction and multiple sequence alignment|저널=Current Protein & Peptide Science|날짜=Aug 2004|권=5|호=4|쪽=249–66|doi=10.2174/1389203043379675|pmid=15320732}}</ref>

[[알파 나선 구조]]는 천연 단백질에서 [[베타 가닥]]보다 더 안정적이고 돌연변이에 강하고 설계 가능하다는 것이 밝혀졌다.<ref>{{저널 인용|제목=Alpha helices are more robust to mutations than beta strands|저널=PLoS Computational Biology|날짜=2016|권=12|호=12|쪽=e1005242|doi=10.1371/journal.pcbi.1005242|pmc=5147804|pmid=27935949}}</ref> 기능성 all-알파 단백질의 설계는 알파 나선 구조와 베타 가닥 모두를 갖는 단백질을 설계하는 것보다 쉽다.<ref>{{저널 인용|제목=Global analysis of protein folding using massively parallel design, synthesis, and testing|저널=Science|날짜=2017|권=357|호=6347|쪽=168–175|doi=10.1126/science.aan0693|pmc=5568797|pmid=28706065}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[핵산의 2차 구조]]
* [[번역 (생물학)]]
* [[구조 모티프]]
== 참고 ==
{{Div col}}
* [[단백질 접힘]]
* [[핵산의 2차 구조]]
* [[번역 (생물학)]]
* [[구조적 모티브]]
* [[알파 나선]]
* [[베타 병풍]]

{{Div col end}}

== 각주 ==
{{각주}}

{{생체분자구조}}

[[분류:입체화학]]
[[분류:단백질 구조]]