생물 혼자 공부하실때 중요한건 생물만 공부하시면 안됩니다.
생물학은 물리학에서 기초 이론부분도 숙지 하셔야 하고, 화학도 주로 생명체를 구성하는 화학원소를 중심으로 기초 이론들과 유기화학쪽 이론등은 숙지 하셔야 지금 질문하신 부분 뿐만 아니고 좀더 수준 높은
전공 심화과정의 내용도 그나마 좀 쉽게 이해가 됩니다.
일단 단백질을 둘러싸고 있는 주변 환경은 대부분 물이나 친수성 분자들이 많습니다.
그러므로 단백질 겉에는 최대한 물과 친한 성질의 아미노산 잔기들로 노출되고 소수성의 아미노산 잔기들이 대부분인 부분은 안으로 접혀들어가 특정 구조를 띠는게 1차적인 원리입니다.
그리고 단백질 내부에서 보면 아미노산의 알파 탄소를 중심으로 아미노산 종류마다 각각 다른 phi, psi 회전각을 가지는데, 이게 단백질을 이루게 되면 다른 주변의 아미노산과의 상호작용에 의해 특정 각도로 유지되면서 특유의 입체구조를 만드는데 기여를 하게 됩니다.
그래서 단백질 내에 domain에 특정 아미노산들이 많으면 alpha helix structure를 가질 확률이 늘어난다던가 beta sheet structure를 나타낼 확률이 높아진다던가, 특정 꺾이는 구조에서는 특정 아미노산이 그 자리에 주로 있다라던가 이런식이죠.
단백질내에 아미노산 잔기들과의 상호작용이나 아미노기와 카르복실기 간의 상호작용도 있고,
그외에 prosthetic group이나 metalic ion들과의 상호작용도 있구요.
상호작용의 종류야 많습니다. 아시는지 모르겠지만 수소결합 부터 시작해서, Vander Waals interaction,
dipole moment, pi stacking 등등...
이러한 여러가지 상호작용이 복합적으로 작용해서 조금은 불안정해보이는 이 단백질내의 아미노산들을 그 환경에 맞게 입체구조로 접히게끔 유지시키는 원동력으로 작용합니다.
그런데 문제는 열역학 제 2법칙에 위배되는것 처럼 보이는 현상입니다.
단백질 주변은 완전 열린계가 아니고 그렇다고 완전 고립계도 아니므로 적용이 안될지도 모르겠지만,
열역학 제 2법칙에서는 고립계에서는 모든 반응이 엔트로피가 증가하는 쪽으로 일어난다. 즉, 무질서화가 되는거죠. 그런데, 단백질은 서로 다른 성질의 여러 아미노산이라던가 그외 식구(...)들을 다 포함하고 있고 이들이 무질서화 되려 하기 보단 오히려 자신을 유지하기 위한 힘이 강한 편이라는거죠.
물론 그 원동력은 기본 골격인 peptide bond가 형성되는 반응이 강한 촉매가 없이 일어나기 힘들정도로 안정화 된 결합에 열역학적으로 자발적인 반응으로 만들어져서 이 결합이 형성되면서 만들어지는 에너지가 주변환경으로 퍼지면서 주변을 무질서화 시키거든요.
비공유성 상호작용의 경우도 마찬가지입니다.
아미노산의 phi, psi angle에 따라 자유자재로 돌아가려는 힘 보다 주변의 약한 상호작용이 많이 관여하는 과정에서 자유에너지가 주변에 영향을 주어 주변의 엔트로피를 증가시키는 역할을 하게 되며,
접히면서 주변과의 접촉 표면적을 자신의 기능에 장애가 최대한 발휘 될 수 있을 정도로만 최소화 시켜서
자신의 존재를 무질서한 환경에서 최대한 안정되게 유지하게 끔 단백질 내,외부에서 상호작용을 하는겁니다.
이와 비슷한 원리로 생명체도 주변의 환경을 무질서화 시키면서 자신은 최대한 안정화시키는 쪽으로 지금까지 살아 남고 있습니다. 하지만, 영원하지는 못하고 100% 완벽한것도 아니므로 언젠가는 그 유지하는 힘이나 작용원리에 많은 빈틈이 생기게 됩니다.
자신보다 넓은 무질서한 환경에서 영원히 자신의 존재를 유지시키긴 굉장히 많이 힘듭니다.
실제로 생명체 내에서는 단백질을 만든후에 이걸 계속 사용하는게 아니고 특정 기간이 지나거나 너무 많이 생성되거나 하면 분해하는 기작이 존재합니다. 이걸 계속 방치하면 나중에 안 좋은 일이 생기거든요.
자세한 내용은 대학 전공 3학년 이상의 전공 심화 과정에서 배우는 내용이니 이쯤 적겠습니다.
p.s
지금 이 설명들을 제대로 이해 하셨는지 모르겠습니다. 생물은 기초적인 부분은 혼자 공부해도 어느정도 커버가 되지만, 전공 2학년 쯤 부터 배우는 생화학이나 분자생물학, 유전학, 세포생물학, 생리학 등등의 학문은 독학만으로는 굉장히 따라잡기도 힘들고 이해하기도 힘이 듭니다.
고등학교때부터 생물공부 꾸준히 하신분들도 한 문장을 이해하는데 두세번 읽어야 이해가 되는 이론들도 많이 적힌 학문이거든요.
여하튼 독학으로 어떤 생물학 공부를 무엇을 위해 하시는지는 모르겠지만, 열심히 하시길 바랍니다.
그리고 책에 적힌것만 달달 외우는 생물학 공부는 대학 수준에 가셔서 본인이 책을 대충 봐도 내용을 거의 이해가 다 가는 수준인데 시험칠때 암기해야 답할수 있는거 위주로 나오는 경우에만 한 일주일 달달 외우는 식으로 하는 용도로 그런 공부를 하시는게 좋습니다.
그런거 아니면 연상력과 응용력, 다른 관련 학문과의 연계성을 중시하는 스타일로 공부하시는게 많은 도움이 될겁니다.
그럼 열심히 공부하세요^^
