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'''단백질 표적화'''(蛋白質 標的化, {{llang|en|protein targeting}}) 또는 '''단백질 분류'''(蛋白質 分類, {{llang|en|protein sorting}})는 [[단백질]]이 [[세포]] 내부나 세포 외부의 적절한 목적지로 수송되는 [[생물학|생물학적]] 메커니즘이다. 단백질은 [[세포소기관]]의 내부 공간, 다른 세포의 내막, [[세포막]], 또는 분비를 통해 세포 외부로 나갈 수 있다. 이 전달 과정은 단백질 자체에 포함된 정보를 바탕으로 이루어진다. 올바른 전달 과정이 중요하다. 하지만 이 과정에서 오류가 발생하게 되면 질병으로 이어질 수 있다.

== 표적화 신호 ==
표적 신호는 세포 수송체가 단백질을 세포 내부 또는 외부에 정확하게 위치시킬 수 있게 하는 신호이다. 이 정보는 [[폴리펩타이드]] 사슬 또는 접힌 단백질에 포함되어 있다. 표적화를 가능하게하는 사슬 내 [[아미노산]] [[잔기]]의 연속을 [[시그널 펩타이드]] 또는 표적 펩타이드라고 한다. 표적 펩타이드에는 2가지 유형이 존재하는데, 사전 서열 펩타이드와 내부 표적화 펩타이드가 있다. 표적화 펩티드의 사전 서열은 종종 [[N 말단]] 연장부에서 발견되며 6~136개의 염기성 및 소수성 아미노산으로 구성된다. [[퍼옥시좀]]의 경우, 표적화 서열은 주로 [[C 말단]] 연장에 존재한다. 신호 패치로 알려진 다른 신호는 1차 시퀀스에서 분리 된 부분으로 구성된다. 단백질 표면에 [[단백질 접힘|접을]] 때, 그 기능을 발휘한다. 또한 [[글리코실화]]와 같은 단백질 변형은 표적화를 유도 할 수 있다.

== 단백질 전위 ==
1970년에 [[권터 블로벨]]은 막을 통한 단백질의 전위에 관한 실험을 수행했다. 그는 1999년, [[노벨상]]을 수상했다. 그는 많은 단백질들이 [[시그널 펩타이드]], 즉 표적 소기관에 대한 우편 번호와 같은 기능을 하는 짧은 [[아미노산]] 서열을 가지고 있음을 발견했다. [[리보솜]]에 의한 [[전령 RNA]]의 단백질로의 [[번역 (생물학)|번역]]은 [[세포질]] 내에서 일어난다. 합성된 단백질이 다른 세포소기관에서 포함하는 경우, 단백질에 따라 번역 동시 전위(번역과 전위가 함께 일어남)와 번역 후 전위(단백질 번역 후 전위를 실시함)의 두 가지 방식으로 수송 될 수 있다.

=== 번역 동시 전위 ===
[[소포체]], [[골지체]], [[엔도솜]]에 존재하는 대부분의 단백질은 번역 동시 전위 경로를 사용한다. 이 과정은 단백질이 여전히 [[리보솜]] 상에서 합성되는 동안 신호 인식 입자(SRP)에 의해 인식되는 단백질의 [[N 말단]] [[시그널 펩타이드]]로 시작한다. 리보솜-단백질 복합체가 [[진핵생물]]에서는 소포체의 SRP 수용체로, [[원핵생물]]에서는 [[원형질막]]으로 옮겨지는 동안 합성이 정지된다. 여기서 초기 단백질은 트랜스로콘, 진핵 생물에서 Sec61 전위 복합체 및 원핵 생물에서 상동 SecYEG 복합체로 구성된 막-결합 단백질 전도 채널에 삽입된다. 분비 단백질 유형 I에서 [[막관통 단백질]]에 의해 소포체(진핵 생물) 또는 세포막(원핵 생물)의 막으로 전위되면, 신호 서열은 바로 초기 폴리펩타이드로부터 절단된다. 유형 II 막 단백질의 신호 서열 및 일부 폴리토픽 막 단백질은 절단되지 않기 때문에 신호 앵커 서열로 지칭된다. [[소포체]] 내에서 단백질은 먼저 소포체에 있는 다른 단백질의 방해로부터 [[샤페로닌|단백질]]을 보호하기 위해 [[샤페로닌|샤페론닌]]으로 덮여있어 올바르게 접을 시간을 준다. 일단 접히면 단백질은 필요에 따라(예를 들어, [[당화|글리코실화]]에 의해) 변형된 후, 추가 가공을 위해 [[골지체]](Golgi)로 이송되고 그의 표적 소기관으로 이동하거나 다양한 소포체 보유 메커니즘에 의해 소포체에 저장된다.

막 통과 수용체인 [[막관통 단백질]]의 아미노산 사슬은 막을 한 번 또는 여러번 통과한다. 막 앵커 또는 신호 앵커 서열이라고도 하는 정지-전달 서열에 의해 공정이 중단 될 때까지 전위에 의해 막에 삽입된다. 이러한 막 단백질은 현재 분비 단백질을 위해 개발된 동일한 표적 모델을 사용하여 현재 이해되고 있다. 그러나 다수의 복잡한 다중 막 통과 단백질은 모델에 적합하지 않은 구조적 측면을 포함한다. 7개의 막 통과 [[G 단백질]] 결합 수용체(인간에서 유전자의 약 5%를 나타냄)는 대부분 아미노-말단 신호 서열을 갖지 않는다. 분비 단백질과는 달리, 제 1 막 횡단 도메인은 제 1 신호 서열로서 작용하여 이를 [[소포체]] 막에 표적화한다. 또한 이는 단백질의 아미노 말단이 소포체 막 내로의 전위를 초래한다. 이것은 소포체를 표적으로 하는 포유 동물 단백질에 대해 항상 유지되는 번역 동시 전위의 규칙을 어기는 것으로 보인다. 이것은 [[인 비트로]] 실험에서 옵신으로 증명되었다.

=== 번역 후 전위 ===
대부분의 분비 단백질은 동시 번역적으로 전위되지만, 일부는 세포 기질에서 번역된 후 번역 후 시스템에 의해 [[소포체]], [[원형질막]]으로 운반된다. [[원핵생물]]에서는 SecA, SecB와 같은 특정 보조인자가 필요하다. 이 경로는 [[진핵생물]]에서는 잘 이해되지 않지만, 2개의 막 결합 단백질인 Sec62, Sec63에 의해 촉진된다.

또한 [[미토콘드리아]], [[엽록체]] 또는 [[퍼옥시솜|퍼옥시좀]]과 같은 다른 목적지를 표적으로 하는 단백질은 번역 후 경로를 특수하게 사용한다. 또한 핵을 목표로 하는 단백질은 번역 후 전위된다. 그들은 [[핵공]]을 통해 핵막을 통과한다.

== 단백질 분류 ==

=== 미토콘드리아 ===
대부분의 [[미토콘드리아]] [[단백질]]은 흡수 펩타이드 신호를 포함하는 [[세포질]] 전구체로 합성된다. 세포기질 [[샤페로닌]]은 미토콘드리아 막에 연결된 수용체를 채널로 [[단백질]]을 전달한다. 예비 단백질은 헤어핀-루프로서 TOM을 통해 전위된다.

다음은 3가지의 [[미토콘드리아]] 외막 [[수용체]]이다.

* TOM70 : 내부 표적화 [[펩타이드]]에 결합하고 세포질 [[샤페로닌]]의 도킹 포인트로서 작용한다.
* TOM20 : 특수 서열과 결합한다.
* TOM22 : 전서열 및 내부 표적화 펩타이드를 결합한다.

TOM 채널(TOM40)은 [[분자 질량|분자량]]이 410[[원자 질량 단위|kDa]]이고 기공 [[지름|직경]]이 21Å인 [[이온|양이온]]이 많은 채널이다.

전서열 translocase23 (TIM23)은 미토콘드리아 내막에 국한되어 있으며 전구체 단백질과 [[N 말단]]을 결합시키는 기공 형성 단백질을 작용시킨다. TIM23은 미토콘드리아 매트릭스, 내부 미토콘드리아 막 및 자궁 내막 공간을 위한 예비 단백질에 대한 전 위기 역할을한다. TIM50은 내부 미토콘드리아 측에서 TIM23에 결합하고 전치 서열에 결합하는 것으로 밝혀졌다. TIM44가 매트릭스 측에 결합되어 mtHsp70에 결합하는 것으로 밝혀졌다. 전 서열 translocase22 (TIM22)는 내부 미토콘드리아 막에 독점적으로 결합 된 예비 단백질에 결합한다.

미토콘드리아 세포질 표적화 서열은 양으로 하전된 아미노산 및 하이드록실화 된 것이 풍부하다. 단백질은 다수의 신호 및 몇몇 경로에 의해 복막 외 구획을 목표로 한다. 외부 막, 막간 공간, 내부 막을 표적화하는 것은 매트릭스 표적화 서열 외에 다른 신호 서열을 필요로 한다.

=== 엽록체 ===
[[엽록체]]의 전단백질은 기질 수입 서열 또는 기질 및 [[틸라코이드]] 표적화 서열을 함유 할 수 있다. 전단백질의 대부분은 엽록체 외피 내에 위치한 Toc 및 Tic 복합체를 통해 전위된다. [[스트로마]]에서 스트로마 수입 서열은 절단되어 접혀지며 [[틸라코이드]]에 대한 엽록체 정렬이 계속된다. 엽록체의 외피를 표적으로 하는 단백질은 일반적으로 절단 가능한 분류 순서가 부족하다.

=== 엽록체와 미토콘드리아 ===
[[미토콘드리아]]와 [[엽록체]]에는 많은 단백질이 필요하다. 일반적으로 표적화 펩타이드는 2개의 특정 펩타이드에 대해 중간 특성을 갖는다. 이들 [[단백질]]의 표적화 펩타이드는 높은 함량의 [[염기성]] 및 [[소수성]] [[아미노산]], 음으로 하전된 [[아미노산]]을 갖는다. 그들은 [[알라닌]] 함량이 낮고 [[류신]] 및 [[페닐알라닌]] 함량이 높다. 이중 표적 단백질은 미토콘드리아 및 엽록체 단백질보다 더 [[소수성]] 표적화 펩타이드를 갖는다.

=== 퍼옥시좀 ===
모든 [[퍼옥시솜|퍼옥시좀]] 단백질은 핵 유전자에 의해 암호화된다.

현재까지 알려진 PTS(Peroxisome Targeting Signals)에는 두 가지 유형이 있다.

* 퍼옥시좀 표적화 신호 1(PTS1) : 공통 서열(S/A/C)-(K/R/H)-(L/A)을 갖는 [[C 말단]] 트리 펩타이드. 가장 흔한 PTS1은 [[세린]]-[[라이신]]-[[류신]](SKL)이다. 대부분의 과산화 이소성 매트릭스 단백질은 PTS1 유형 신호를 갖는다.

* 퍼옥시좀 표적화 신호 2(PTS2) : 합의 서열 (R/K)-(L/V/I)-XXXXX-(H/Q)-(L/A/F)-(N/말단 근처에 위치된 비펩타이드). 여기서 X는 임의의 아미노산 일 수 있다.

이들 신호 중 어느 것도 보유하지 않는 단백질도 있다. 이들의 수송은 소위 피기 백(Piggy Back) 메커니즘에 기초 할 수 있다. 이러한 단백질은 PTS1 자리 매트릭스 단백질과 관련되고 그들과 함께 [[퍼옥시솜|퍼옥시좀]] 매트릭스로 전위된다.

=== 질병 ===
퍼옥시좀 관련 단백질 수송에 문제가 생기면 다음과 같은 유전 질환에서 결함이 있다.

* [[젤웨거 증후군|젤위거 증후군]]
* [[부신백질이영양증]](ALD)
* 질병 재개

== 세균과 고균 ==
위에서 논의된 바와 같이(단백질 전좌 참조), 대부분 [[원핵생물]]의 막-결합 및 분비 단백질은 세균 SRP를 사용하는 공동-번역 경로 또는 SecA 및 SecB를 필요로 하는 번역 후 경로에 의해 원형질 막을 표적으로 한다. 원형질막에서 이들 두 경로는 전좌를 위해 단백질을 SecYEG 트랜스로콘에 전달한다. 박테리아는 단일 원형질 막([[그람 양성균]]) 또는 내부 막+주변 세포질([[그람 음성균]])에 의해 분리된 외부 막을 가질 수 있다. 원형질막 외에 대부분의 [[원핵생물]]은 [[진핵생물]]에서 발견되는 막-결합 세포 소기관이 결여되어 있지만, 가스 소포 및 저장 과립과 같은 다양한 유형의 개재물에 단백질을 조립할 수 있다.

=== 그람 음성 세균 ===
그람 음성 세균의 단백질은 원형질막, 외막, 주변 세포질에 포함되거나 환경으로 분비 될 수 있다. 세포 외막을 가로질러 단백질을 분비하는 시스템은 상당히 복잡 할 수 있으며 병인에서 중요한 역할을 한다. 이들 시스템은 타입 I 분비, 타입 II 분비 등으로 나눌 수 있다.

=== 그람 양성 세균 ===
대부분의 그람 양성 세균에서 특정 단백질은 [[원형질막]]을 통한 반출 및 세균 세포벽에 대한 후속 공유 부착을 목표로 한다. 특수효소인 솔테이스는 LPXTG 모티프(여기서 X는 임의의 아미노산 일 수 있음)와 같은 단백질 [[C 말단]] 근처의 특성 인식 부위에서 표적 단백질을 절단한 다음, 단백질을 세포벽으로 옮긴다. 유사하게 세포 외면, [[C 말단]] 막 횡단 도메인, 단백질의 극한 [[C 말단]]에서 세포질 면의 염기성 잔기 클러스터에 시그너처 모티프를 특징으로하는 여러 유사한 시스템이 발견되었다. 많은 그람 음성 세균에서 발견되는 PEP-CTERM /exosortase 시스템은 세포 외 고분자 물질 생산과 관련이 있는 것으로 보인다.

== 단백질에서 단백질 표적화 모티프 식별 ==
Minimotif Miner는 알려진 단백질 표적화 서열 모티프에 대한 단백질 서열 질의를 검색하는 생물 정보학 도구이다.

== 같이 보기 ==
* [[단백질]]
* [[단백질 접힘]]
* [[번역 후 변형]]

{{단백질}}
{{번역 후 변형}}

[[분류:막 단백질]]
[[분류:번역 후 변형]]
[[분류:단백질 표적화]]