단백질 분자량 계산기 | 무료 분자량 도구

단백질 분자량 계산기

단백질 분자량 계산기는 아미노산 서열로부터 단백질의 질량을 구합니다. 결과는 분자 질량의 표준 단위인 달톤(Da)으로 표시됩니다. 1달톤은 수소 원자 하나의 질량과 거의 같습니다.

분자량은 일상적인 실험실 작업에서 중요합니다. 연구자가 SDS-PAGE의 겔 농도를 고르고, 겔 여과용 칼럼을 선택하고, 질량분석 결과가 예상한 단백질과 일치하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 계산기가 제공하는 값은 서열만을 바탕으로 한 이론적 분자량입니다. 실제 단백질은 단백질이 만들어진 뒤에 일어나는 화학적 추가 변형, 즉 번역 후 변형 때문에 더 무거울 수 있습니다. 이러한 변형은 인산기 하나의 약 80 Da부터 무거운 당 사슬의 수만 달톤까지 다양합니다.

단백질 분자량 계산 방법

공식

$MW_{protein} = \sum_{i=1}^{n} MW_{residue_i} + MW_{water}$

사슬의 각 아미노산은 유리 아미노산의 질량이 아니라 잔기 질량을 기여합니다. 두 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결되면 반응 과정에서 물 분자 하나가 방출됩니다. 잔기 질량에는 이미 이 물의 질량이 빠져 있으므로, 서열의 합계만으로 모든 내부 펩타이드 결합이 자동으로 반영됩니다.

잔기를 모두 합한 뒤에는 물 분자 하나(18.010565 Da, 수소-1 원자 두 개와 산소-16 원자 한 개)를 다시 더합니다. 이는 사슬의 자유 말단 두 곳, 즉 시작 부분의 수소 원자(N 말단)와 끝 부분의 수산기(C 말단)를 반영합니다.

흔히 하는 실수는 각 펩타이드 결합마다 물을 빼고 물 분자 하나를 별도로 다시 더하는 것입니다. 아래의 잔기 질량에는 이미 물의 손실이 반영되어 있으므로, 이렇게 하면 물의 손실을 이중으로 계산하게 됩니다. 계산에 포함되는 물 항은 마지막에 더하는 물 분자 하나뿐입니다.

아미노산 잔기 질량

다음은 표준 아미노산 20종에 대해 Expasy가 발표한 단일동위원소 잔기 질량을 달톤 단위로 나타낸 것입니다.

계산 예시

AGS로 표기되는 짧은 사슬 알라닌-글리신-세린을 예로 들어 보겠습니다.

1. 잔기 질량을 더합니다: 71.03711 + 57.02146 + 87.03203 = 215.0906 Da.
2. 사슬의 두 말단을 위해 물 분자 하나를 더합니다: 215.0906 + 18.010565 = 233.101165 Da.
3. 소수점 둘째 자리까지 반올림하면 AGS의 분자량은 233.10 Da입니다.

이 트라이펩타이드의 두 펩타이드 결합에 대해 물을 추가로 빼지 않습니다. 해당 손실은 1단계에서 사용한 세 잔기 질량에 이미 반영되어 있습니다.

단백질 분자량 계산기 사용 방법

1. MVKMDVYKGSSIGDSMSRSM과 같이 표준 한 글자 아미노산 코드를 사용하여 서열을 입력합니다. 대문자와 소문자를 모두 사용할 수 있습니다.
2. 계산기는 입력하는 동안 서열을 확인하고, 20가지 표준 코드 중 하나가 아닌 문자를 표시합니다.
3. 계산기는 분자량을 달톤 단위로 표시하고, 서열 길이와 아미노산 조성 내역도 보여 줍니다.
4. 결과는 한 번의 클릭으로 복사하여 실험실 노트나 보고서에 사용할 수 있습니다.

UniProt과 같은 데이터베이스에서 서열을 붙여넣기 전에 FASTA 헤더 줄(>로 시작하는 줄)과 정렬 소프트웨어에서 추가된 위치 번호를 삭제합니다. X, B, Z, J는 표준 아미노산 코드가 아니므로 거부됩니다. 계산하기 전에 이를 특정 아미노산으로 바꾸어야 합니다.

단백질 분자량이 중요한 이유

• 겔 전기영동(SDS-PAGE): 20 kDa 미만의 작은 단백질은 잘 분리하려면 고농도 겔이 필요하고, 100 kDa를 초과하는 큰 단백질은 저농도 겔이 필요합니다.
• 겔 여과: 단백질의 분자량 범위에 따라 해당 단백질을 적절히 분리할 수 있는 칼럼 수지가 결정됩니다.
• 질량 분석: 동정 확인 또는 예상하지 못한 변화를 검출하기 위해 계산된 질량을 측정된 질량과 비교합니다.
• 펩타이드 합성: 분자량에 따라 각 결합 단계에 필요한 출발 물질의 정확한 양이 정해집니다.
• 완충액 및 투여량 계산: 몰 농도와 질량 기준 농도를 변환하려면 분자량이 필요합니다.

제한 사항

계산기는 서열만을 바탕으로 한 이론적 분자량을 제공합니다. 다음 항목은 포함하지 않습니다.

• 번역 후 변형: 당화로 첨가되는 당 사슬이나 인산화로 첨가되는 인산기 등이 이에 해당합니다. 이러한 항목은 수동으로 더하거나 질량 분석으로 측정해야 합니다.
• 이황화 결합. 두 시스테인 잔기 사이에 결합이 형성될 때마다 수소 원자 두 개가 제거되며, 결합 하나당 약 2.02 Da에 해당합니다. 계산기는 모든 시스테인이 결합하지 않은 상태라고 가정합니다.
• 비표준 아미노산: 셀레노시스테인이나 피롤라이신과 같은 아미노산 및 하이드록시프롤린과 같이 화학적으로 변형된 잔기가 이에 해당합니다.
• 보조 인자: 헴기나 단백질에 결합된 금속 이온 등이 이에 해당합니다.

자주 묻는 질문

단백질 분자량이란 무엇입니까? 단백질의 총 질량으로, 보통 달톤(Da) 또는 킬로달톤(kDa)으로 나타내며 1 kDa은 1,000 Da과 같습니다. 서열에 있는 아미노산 잔기 질량의 합에, 사슬 양 끝을 위한 물 분자 하나를 더한 값과 같습니다.

공식에서 왜 물을 빼지 않고 더합니까? 펩타이드 결합이 형성될 때 물 분자가 방출되며, 합계에 쓰는 잔기 질량에는 이미 그 물이 빠져 있습니다. 완성된 사슬 양 끝의 자유 수소와 수산기를 반영하기 위해서만 마지막에 물 분자 하나를 다시 더합니다.

계산된 분자량은 얼마나 정확합니까? 화학적 변형이 없는 단백질이라면 계산은 사용한 아미노산 질량의 정밀도만큼 정확하며, 보통 달톤 이하의 작은 오차 안에 듭니다. 당화나 이황화 결합 같은 변형이 있는 실제 단백질은 계산값과 다른 분자량을 가집니다.

계산기는 변형되었거나 비표준인 아미노산을 처리할 수 있습니까? 아니요. 표준 아미노산 20종만 지원합니다. 셀레노시스테인, 피롤리신 및 그 밖의 변형된 잔기는 인식되지 않으므로 수동 보정이나 전문 도구로 처리해야 합니다.

달톤을 킬로달톤으로 어떻게 변환합니까? 1,000으로 나눕니다. 25,000 Da의 단백질은 25 kDa입니다. 논문에서는 작은 펩타이드에는 Da, 더 큰 단백질에는 kDa을 사용하는 경우가 많습니다.

겔이나 질량분석 결과가 계산된 분자량과 맞지 않는 이유는 무엇입니까? 가장 흔한 원인은 번역 후 변형, 이황화 결합, 또는 번역 뒤에 더 짧은 성숙형으로 잘린 단백질입니다. 또한 SDS-PAGE는 매우 산성이거나 매우 염기성인 단백질에서 밴드가 잘못된 위치에 나타날 수 있으므로 분자량의 대략적인 추정치일 뿐입니다.

참고 자료

1. 미국 국립표준기술연구소. Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements. NIST 원자량 및 동위원소 조성 — 수소-1(1.00782503223)과 산소-16(15.99491461957)의 상대 원자 질량이며, 이를 합하면 물은 18.010565 Da입니다.
2. 스위스 생물정보학연구소(SIB), Expasy. FindMod: amino acid and modification masses. Expasy FindMod 질량 — 표준 아미노산 20종의 단일동위원소 잔기 질량이며, 인산화는 79.9663 Da만큼 더합니다.