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‘세상에서 제일 빠른 단백질’ 순간포착 첫 성공

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‘세상에서 제일 빠른 단백질’ 순간포착 첫 성공

2016.04.26 18:00

산탈수효소의 3차원 구조. - UNIST 제공
산탈수효소의 3차원 구조. - UNIST 제공

이산화탄소는 지구온난화의 주범일 뿐만 아니라, 세포 호흡 후 체내에서 제대로 배출되지 못할 경우 여러 질병을 유발할 수 있다. 이런 가운데 최근 이산화탄소가 물에 잘 녹도록 돕는 인체 단백질의 작동 원리가 밝혀졌다.

 

김채운 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수팀은 인체 단백질인 ‘탄산탈수효소’가 작용하는 동안 일어나는 3차원 구조 변화를 처음으로 직접 관찰해 그 작동 원리를 규명해냈다고 26일 밝혔다.

 

탄산탈수효소는 보통은 물에 거의 녹지 않는 이산화탄소를 잘 녹도록 돕는 촉매 역할을 한다. 세포의 호흡 과정에서 발생한 이산화탄소를 혈액에 녹여 폐로 전달해 몸 밖으로 배출되게 만들거나 혈액의 산성도를 조절하는 등 체내에서 중요한 역할을 수행한다.

 

이 단백질에 이상이 생기면 녹내장이나 산성혈증, 골석화증 등의 질병이 생기는 것으로 알려져 있다. 하지만 탄산탈수효소의 촉매작용 속도가 현재까지 알려진 단백질 중 가장 빨라 그동안 직접 관찰이 어려워 작동 원리를 밝히는 데 한계가 있었다.

 

연구진은 이를 해결하기 위해 자체 개발한 ‘고압력 냉각 기술’을 활용해 초고속으로 움직이는 탄산탈수효소의 작용 과정을 순간적으로 느리게 만들었다. 그 결과 ‘온도 조절 X선 결정학’ 기법으로 X선을 검출해 이를 포착하는 데 성공했다. 탄산탈수효소에 의해 이산화탄소가 물에 녹아 들어가는 동안 단백질의 활성 부위에서 미세하게 일어난 3차원의 구조 변화를 원자 수준에서 세밀하게 관측한 것이다.

 

김 교수는 “인체 단백질이 실제 작용하는 모습을 원자 수준의 고해상도로 포착한 만큼 단백질 기능 이상 등의 원인을 파악해 관련 질환의 발병 과정을 규명하는 데 도움이 될 것”이라며 “생명과학 및 의학 분야뿐만 아니라 이산화탄소를 포집하는 산업 분야에서도 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

 

연구 결과는 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’ 25일자 온라인판에 게재됐다.

 

탄산 탈수 효소의 작용 과정 모식도. 탄산탈수효소에 이산화탄소가 결합된 후(A) 물 분자에 녹아 들어가면서 이산화탄소가 다시 탄산탈수효소에서 빠져나가면서 구조가 바뀌었다(B). - UNIST 제공
탄산 탈수 효소의 작용 과정 모식도. 이산화탄소가 탄산탈수효소에 결합된 뒤(A), 물 분자에 녹아 들어가면서 이산화탄소가 다시 탄산탈수효소에서 빠져나가면서 단백질의 구조가 바뀌었다(B). - UNIST 제공

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