서열에서 구조로: 펩타이드·DNA SMILES, 분자식, 질량과 무료 도구

핵심 용어 한 줄 정리

펩타이드 서열에서 구조로

펩타이드 결합 하나마다 물 한 분자가 빠집니다. 따라서 선형 펩타이드의 분자식은 잔기 분자식의 합에 두 자유 말단을 위한 H₂O 하나를 더한 것입니다.

계산 예, GGG: 글리신은 C₂H₅NO₂입니다. 글리신 세 개는 C₆H₁₅N₃O₆입니다. 펩타이드 결합 두 개가 H₂O 2개를 뺍니다. 결과: C₆H₁₁N₃O₄, 단일 동위원소 189.0750 Da.

순서가 중요합니다. Asp-Phe(DF)는 아스파트산에 자유 NH₂가 있고, Phe-Asp(FD)는 페닐알라닌에 있습니다. 분자식은 같지만 서로 다른 분자입니다.

모든 알파 탄소는 L입니다. CIP 규칙으로는 모든 표준 잔기가 S인데, 시스테인만 황이 카복실기보다 우선순위가 높아 R입니다. 글리신에는 입체 중심이 없습니다. 아이소류신은 (2S,3S), 트레오닌은 (2S,3R)입니다.

말단기는 분자식을 바꿉니다.

• N-말단 아세틸: + C₂H₂O, +42.0106 Da.
• C-말단 아마이드: −OH가 −NH₂로 바뀜, −0.9840 Da.
• 머리-꼬리 고리형: 펩타이드 결합 하나 추가, −H₂O, −18.0106 Da.
• 이황화 결합: S–S 결합마다 −2 H, −2.0157 Da.

pI, 전하, 흡광 계수

펩타이드의 알짜 전하는 모든 이온화 가능한 기의 합입니다. 염기성 기는 +1 / (1 + 10^{pH − pKa})를, 산성 기는 −1 / (1 + 10^{pKa − pH})를 더합니다. 등전점(pI)은 알짜 전하가 0이 되는 pH입니다.

도구는 EMBOSS pKa 세트를 씁니다: N-말단 8.6, C-말단 3.6, Asp 3.9, Glu 4.1, His 6.5, Cys 8.5, Tyr 10.1, Lys 10.8, Arg 12.5. GGG는 이온화 기가 두 말단뿐이므로 pI = (3.6 + 8.6) / 2 = 6.10입니다.

280 nm에서의 몰 흡광 계수는 Trp, Tyr, 시스틴에서 나옵니다: ε₂₈₀ = 5500 × n(Trp) + 1490 × n(Tyr) + 125 × n(시스틴) M⁻¹ cm⁻¹ (Pace 등, 1995). Trp, Tyr, Cys가 없는 펩타이드는 280 nm에서 흡수하지 않습니다.

DNA·RNA 서열에서 구조로

각 뉴클레오타이드는 당의 1′ 탄소에 염기가 붙어 있습니다. 아데닌과 구아닌은 N9로, 사이토신, 티민, 유라실은 N1로 붙습니다. 모든 당은 β-D입니다. 인산이 한 뉴클레오타이드의 3′-산소와 다음 뉴클레오타이드의 5′-산소를 이으므로, 모든 가닥에는 5′ 끝과 3′ 끝이 있습니다.

계산 예, 5′-ATGC-3′: 네 데옥시뉴클레오사이드는 dA C₁₀H₁₃N₅O₃, dT C₁₀H₁₄N₂O₅, dG C₁₀H₁₃N₅O₄, dC C₉H₁₃N₃O₄이며, 합하면 C₃₉H₅₃N₁₅O₁₆입니다. 포스포다이에스터 연결 3개는 각각 H₃PO₄를 더하고 H₂O 2개를 빼므로, 알짜로 PO₂에서 H 하나를 뺀 만큼입니다. 결과: C₃₉H₅₀N₁₅O₂₂P₃, 1173.82 g/mol. 5′-인산은 HPO₃(+79.9663 Da)를 더합니다.

RNA는 각 리보스에 2′-OH가 있어 뉴클레오타이드마다 산소가 하나 더 많고, T 대신 U가 있습니다.

• GC 함량: (G + C) / N × 100 %.
• 상보 서열: A는 T(RNA에서는 U)와, G는 C와 짝을 이루며 3′에서 5′ 방향으로 읽습니다.
• 역상보 서열: 상보 서열을 5′에서 3′ 방향으로 쓴 것.
• T_m, Wallace 규칙(14 nt 미만): 2 × (A + T) + 4 × (G + C) °C.
• T_m, 기본 GC 공식(14 nt 이상): 64.9 + 41 × (G + C − 16.4) / N °C.

MolDraw 서열 → 구조 도구 사용법

1. 펩타이드·DNA 서열 → 구조식 페이지를 열고 펩타이드 또는 DNA 또는 RNA를 고릅니다.
2. 서열을 입력하거나 붙여 넣습니다. 공백, 숫자, 대시, FASTA 머리글 줄은 무시됩니다. 입력 형식이 한 글자 또는 세 글자 코드를 자동으로 감지합니다.
3. 펩타이드라면 필요에 따라 N-말단 아세틸 (Ac-), C-말단 아마이드 (-NH₂), 머리-꼬리 고리형, 이황화 결합 (Cys 1–2, 3–4…)을 선택하세요. DNA나 RNA라면 5′ 끝이 인산화되어 있을 때 5′-인산을 선택합니다.
4. 구조 만들기를 누르세요. 입력하는 대로 결과가 갱신됩니다.
5. SMILES 복사, MOL 다운로드, SDF 다운로드, MolDraw 편집기에서 열기를 사용하세요. 잔기나 뉴클레오타이드 30개까지 그림으로 그려집니다. 2000개까지의 더 긴 서열도 분자식, 질량, SMILES는 나옵니다.

풀이 예제

예제 1: 질량 분석용 안지오텐신 II

DRVYIHPF는 C₅₀H₇₁N₁₃O₁₂입니다. 단일 동위원소 질량 1045.5345 Da, [M+H]⁺ 1046.5418, [M+2H]²⁺ 523.7745. pI 7.54, pH 7에서 전하 +0.22. Tyr 하나로 ε₂₈₀ = 1490 M⁻¹ cm⁻¹입니다.

예제 2: 이황화 결합과 아마이드가 있는 옥시토신

CYIQNPCLG를 입력하고 C-말단 아마이드와 이황화 결합을 선택하세요. Cys1과 Cys6이 연결되어 20원자 고리가 닫힙니다. 결과: C₄₃H₆₆N₁₂O₁₂S₂, 1007.19 g/mol, 단일 동위원소 1006.4365 Da.

예제 3: M13 정방향 시퀀싱 프라이머

5′-GTAAAACGACGGCCAGT-3′은 17 nt이고 G 또는 C가 9개이므로 GC = 52.9 %입니다. 14 nt 이상이므로 기본 GC 공식을 적용합니다: T_m = 64.9 + 41 × (9 − 16.4) / 17 = 47.1 °C. 역상보 서열은 5′-ACTGGCCGTCGTTTTAC-3′입니다.

예제 4: EcoRI 자리

5′-GAATTC-3′은 대부분의 제한 효소 자리처럼 자기 자신이 역상보 서열입니다. GC = 33.3 %, Wallace T_m = 2 × 4 + 4 × 2 = 16 °C. 자유 말단을 가진 단일 가닥으로는 C₅₉H₇₅N₂₂O₃₄P₅, 1791.22 g/mol입니다.

요약 표

흔한 실수

• 펩타이드를 반대쪽 끝부터 쓰는 것. YGGFL은 Leu-엔케팔린입니다. LFGGY는 다른 펩타이드입니다.
• 잔기마다 물을 더하는 것. 선형 사슬에는 잔기마다가 아니라 전체에 H₂O 하나만 더합니다. 고리형 펩타이드에는 더하지 않습니다.
• MS 피크에 평균 질량을 쓰는 것. 고분해능 피크는 단일 동위원소 질량과 일치합니다.
• 이황화 결합을 잊는 것. S–S 결합마다 −2.016 Da입니다.
• T와 U를 섞는 것. T는 DNA, U는 RNA입니다.
• 프라이머를 단순 상보 서열로 주문하는 것. 올리고는 5′에서 3′ 방향으로 합성되므로 보통 역상보 서열이 필요합니다.
• 긴 프라이머에 Wallace 규칙을 쓰는 것. 약 14 nt를 넘으면 T_m을 과대평가합니다.

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