α 나선은 단백질 사슬의 한 구간이 오른쪽으로 감긴 나선 모양으로 말려 있는 구조이다. 나선 계단과 비슷하며, 단백질 사슬이 접혀 만드는 규칙적인 모양 중 가장 흔하다. 코일에서 바깥으로 뻗은 곁사슬까지 포함하면 너비가 약 1.2나노미터이며, 1나노미터는 1미터의 10억분의 1이다.

크기

단백질은 아미노산이라는 더 작은 분자들이 길게 이어진 사슬이다. α 나선에서는 사슬의 뼈대가 중심선을 감고 있고, 아미노산마다 곁사슬이 병솔의 털처럼 바깥을 향한다. 곁사슬을 포함한 막대 전체의 너비는 발표된 연구에서 약 1~1.2나노미터로 제시된다. 위에 표시된 1.2나노미터는 이 범위의 위쪽 끝이다.

길이 방향으로 보면 나선은 매우 규칙적이다. 한 바퀴에 아미노산 3.6개가 들어 있고 0.54나노미터씩 올라가므로, 아미노산 하나가 길이를 0.15나노미터씩 늘린다. 이 코일은 수소 결합으로 모양을 유지한다. 수소 결합은 각 아미노산을 사슬에서 네 칸 뒤에 있는 아미노산과 이어 주는 약한 인력이다. 나선은 짧을 수도 길 수도 있다. 아미노산 20개로 이루어진 나선은 길이가 약 3나노미터이다.

크기 비교

DNA 이중 나선은 너비가 2나노미터로, α 나선 너비의 약 1.7배이다.
아미노산 20~25개로 이루어진 길이 3~3.75나노미터의 나선은 세포막의 인지질 이중층에서 물을 밀어내는 가운데 부분을 가로지를 만큼 길다. 막을 통과하는 단백질은 흔히 α 나선을 이용해 이 부분을 가로지른다.
전형적인 단백질은 지름이 3~6나노미터로, α 나선 너비의 약 2.5~5배이다.
α 나선 약 67,000~83,000개를 옆으로 나란히 늘어놓으면 사람 머리카락의 굵기에 해당하며, 머리카락의 굵기는 80,000~100,000나노미터이다.
α 나선을 10억 배로 확대한다면, 너비가 1.2미터이고 한 바퀴마다 54센티미터씩 올라갈 것이다. 사람 머리카락은 굵기가 80~100킬로미터일 것이다.

α 나선의 발견

라이너스 폴링, 로버트 코리, 허먼 브랜슨은 1951년에 α 나선을 제안했다. 폴링은 그보다 3년 앞서 영국 옥스퍼드에서 감기에 걸려 누워 있다가 이 모양을 알아냈다. 그는 종이 한 장에 단백질 사슬을 그리고, 나선 한 바퀴가 다음 바퀴와 수소 결합을 이룰 수 있을 때까지 접었다. 1951년 논문의 그림은 왼쪽으로 감긴 나선을 보여 주었는데, 이는 천연 단백질에서 발견되는 나선의 거울상이다.

1951년 봄에 막스 페루츠는 이 논문을 읽고, 아미노산마다 0.15나노미터씩 나아가는 간격이 X선이 단백질에서 산란될 때 신호로 나타나야 한다는 점을 깨달았다. 그는 말의 털로 이 생각을 시험했고, 나선이 예측한 바로 그 자리에서 신호를 찾아냈다. 1957년과 1959년에 존 켄드루의 연구팀은 산소와 결합하는 단백질인 미오글로빈의 구조를 그려 냈고, 나선이 곧은 막대로 보이는 것을 확인했다. 미오글로빈 사슬의 약 75%는 아미노산 7~24개 길이의 나선으로 말려 있으며, 모두 오른쪽으로 감긴 나선이다.

출처

α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
Protein Structure. In Organic Chemistry. OpenStax, 2023.
Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
Type Three Secretion System in Attaching and Effacing Pathogens. Gaytán et al., Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2016.
The Discovery of the α-Helix and β-Sheet, the Principal Structural Features of Proteins. Eisenberg, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003.
Myoglobin and the Structure of Proteins. John C. Kendrew, Nobel Lecture, 1962.
Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
How Big Is the "Average" Protein?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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