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. 연구자는 이를 바탕으로 SDS-PAGE의 겔 농도를 선택하고, 겔 여과에 사용할 컬럼을 고르며, 질량 분석 결과가 예상 단백질과 일치하는지 확인할 수 있습니다. 계산기가 제공하는 값은 서열만을 바탕으로 한 이론적 분자량입니다. 실제 단백질은 단백질이 합성된 후 일어나는 화학적 첨가, 즉 번역 후 변형 때문에 더 무거울 수 있습니다. 이러한 변형으로 인한 질량 증가는 단일 인산기 하나에 해당하는 몇 달톤부터 무거운 당 사슬에 해당하는 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.

잔기 질량을 모두 더한 후 물 분자 하나(18.010565 Da)를 다시 더합니다. 이는 사슬의 두 자유 말단, 즉 시작 부분의 수소 원자(N 말단)와 끝부분의 하이드록실기(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 20가지 표준 아미노산의 단동위원소 잔기 질량이며, 단위는 달톤입니다.

풀이 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 삼중 펩타이드의 두 펩타이드 결합에 대해 물을 추가로 빼지 않습니다. 해당 손실은 단계 1에서 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 컬럼 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.

한계

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 무엇인가? 단백질의 전체 질량으로, 일반적으로 달톤(Da) 또는 킬로달톤(kDa)으로 표시합니다. 1 kDa는 1,000 Da와 같습니다. 분자량은 서열에 포함된 아미노산 잔기 질량의 합에 사슬의 두 말단을 위한 물 분자 하나를 더한 값입니다.

수식에서는 왜 물을 빼지 않고 더하는가? 펩타이드 결합이 형성되면 물 분자 하나가 방출되며, 합산에 사용하는 잔기 질량에는 이미 해당 물의 질량이 빠져 있습니다. 완성된 사슬 양 끝의 자유 수소와 하이드록실기를 반영하기 위해 마지막에 물 분자 하나만 다시 더합니다.

계산된 분자량은 얼마나 정확한가? 화학적 변형이 없는 단백질의 경우, 계산 결과는 사용한 아미노산 질량의 정밀도에 해당하는 정확도를 가지며 일반적으로 1달톤의 일부 범위 안에 있습니다. 당화나 이황화 결합과 같은 변형이 있는 실제 단백질은 계산값과 다른 질량을 가집니다.

변형 아미노산이나 비표준 아미노산을 계산기가 처리할 수 있는가? 처리할 수 없습니다. 계산기는 20가지 표준 아미노산만 지원합니다. 셀레노시스테인, 피롤라이신 및 기타 변형 잔기는 인식되지 않으므로 수동 보정이나 특수 도구를 사용해야 합니다.

달톤을 킬로달톤으로 어떻게 변환하는가? 1,000으로 나눕니다. 25,000 Da인 단백질은 25 kDa입니다. 논문에서는 작은 펩타이드에 Da를, 큰 단백질에 kDa를 흔히 사용합니다.

겔 또는 질량 분석 결과가 계산된 분자량과 일치하지 않는 이유는 무엇인가? 가장 흔한 원인은 번역 후 변형, 이황화 결합 또는 번역 후 더 짧은 성숙 형태로 절단된 단백질입니다. 또 다른 원인은 질량 유형의 불일치입니다. 이 계산기는 각 원자의 가장 가벼운 동위원소를 사용하는 단동위원소 질량을 보고합니다. ExPASy ProtParam을 비롯한 많은 다른 도구는 대신 평균 질량을 보고합니다. 평균 질량은 더 높으며, 짧은 펩타이드에서는 1 Da 미만, 큰 단백질에서는 수십 달톤만큼 높을 수 있습니다. 또한 SDS-PAGE에서는 매우 산성인 단백질이나 매우 염기성인 단백질의 밴드가 오해를 일으키는 위치에 나타날 수 있으므로, 분자량의 대략적인 추정치로만 사용해야 합니다.