단백질의 생김새가 궁금한 사람들
박우람 교수의 일상 속 과학기술 이야기
DATE 18-07-06 03:53
글쓴이 : 박우람      

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노벨상 수상자가 발표되는 10월이 되면 누가 어떤 연구로 수상자가 될지 궁금해집니다. 

3개월 뒤 수상자를 발표하기 위해 스웨덴 한림원은 이미 분주할지도 모르겠습니다. 

작년 노벨화학상 수상자 사진에서 낯익은 얼굴이 보여 반가웠습니다. 세 명의 공동수상자 중 한 명이 뉴욕 컬럼비아 대학의 요아힘 프랑크 교수였습니다. 

제가 박사과정 학생일 때 그의 연구를 이해하려고 애쓰던 기억이 생생합니다. 그는 생체단백질의 구조를 밝히는 실험 및 데이터 처리법 중 하나를 새롭게 구축하였고 그 공로로 노벨상을 받았습니다. 

단백질은 어떤 모양일까요? 이 질문에 대한 답을 찾는 것이 분자생물학이나 구조생물학의 주된 연구 목표인데요. 이 질문에 앞서 ‘단백질의 생김새가 왜 중요한가’를 먼저 생각해야겠군요. 간단히 답하자면 단백질의 생김새를 통해 그 기능을 미루어 짐작하거나 설명할 수 있기 때문입니다. 마치 바퀴를 보면 굴러간다는 기능을 쉽게 추측할 수 있고 그릇을 보면 무언가 담을 수 있는 쓰임새를 상상할 수 있는 것처럼 말이죠. 

단백질 분자구조를 보면 탄소, 질소, 산소, 수소 원자들로 구성된 기본 단위가 반복적으로 길게 선형 연결되어 있습니다. 이 각각의 기본 단위에 복잡한 분자 덩어리가 붙을 수 있는데 이것이 바로 아미노산입니다. 

복합 아미노산, 필수 아미노산 등등의 문구를 영양제 광고에서 보신 적이 있으시죠. 우리 몸에서는 20가지의 아미노산이 발견됩니다. 우리가 먹은 단백질은 소화를 통해 아미노산 형태로 잘게 쪼개어집니다. 우리 몸은 그 아미노산을 재료로 다시 단백질을 만들어 필요한 곳에 사용하게 됩니다. 

단백질이라고 하면 근육이 떠오를 정도로 단백질은 근육을 이루는 기본 재료로 매우 중요합니다. 이뿐만 아닙니다. 면역체계, 호르몬, 혈액 등등 단백질이 필요한 곳은 셀 수 없이 많습니다. 신기한 것은 이 단백질들이 고정된 모습으로 있는 것이 아니라 끊임없이 움직이며 프로그램 된 역할을 해낸다는 점입니다. 

예컨대 세포 속에는 리보솜이라는 세포기관이 있습니다. 리보솜은 단백질을 만들어 내기 때문에 `단백질 공장’이라고도 불리는데 리보솜 자체가 커다란 단백질이기도 합니다. 우리가 먹은 단백질이 소화를 통해 아미노산 단위로 잘게 분해된 뒤 리보솜에서 재배열되어 우리 몸에 필요한 단백질이 됩니다. 리보솜은 이 과정에서 특정 움직임을 동반하며 단백질을 만들어 냅니다. 이 움직임은 실제 단백질 분자의 물리적 움직임이고 만약 이 움직임을 방해하면 리보솜이 역할을 하지 못합니다. 이러한못합니다. 이러한 과정에 착안하여 개발된 특정 종류의 항생제가 있습니다.

이 항생제들은 세균 세포의 리보솜에 작용하여 물리적 움직임을 방해하고 단백질 생산을 못 한 세균 세포는 죽게 됩니다. 마치 정교하게 돌아가는 기계장치 속에 커다란 쇳조각을 넣어서 작동을 방해하는 것과 비슷한 원리입니다. 리보솜 단백질이 움직이며 단백질을 만든다는 사실을 모른다면 이런 항생제는 만들어 낼 수 없었겠죠. 

그러면 단백질의 모양은 어떻게 알아낼까요? 대부분 단백질은대부분의 단백질은 매우 작으므로작기 때문에 광학현미경으로는 자세한 구조를 알 수 없습니다. 작년 노벨화학상을 받은 세 명은 전자현미경을 이용하여 생체단백질의 3차원 구조 정보를 얻는 방법을 집대성했습니다. 이 전자현미경법은 신기하게도 의료계에서 사용하는 단층촬영법과 유사한 부분이 있습니다. 

지난달 칼럼에서 제가 소개한 대로 단층촬영법은 환자의 엑스레이 사진을 다양한 방향에서 여러 장 찍은 뒤 컴퓨터 계산을 통해 신체 단면의 모습을 재구성하는 방법입니다. 전자현미경법은 단백질을 낮은 온도에 넣어 고정시키고 전자현미경으로 사진을 찍습니다. 다양한 방향에서 찍은 여러 장의 전자현미경 사진을 통합하여 3차원적인 단백질의 구조 정보를 얻어냅니다. 

단백질에 관한 연구는 전통적으로 생물학의 영역이었습니다. 연구가 진행될수록 첨단 기술 장비가 필수요소가 되고 고용량의 영상 및 데이터 처리가 수반되기도 합니다. 이 부분에서 공학자들의 참여가 자연스럽게 이루어지고 저 또한 이러한 연구에 한 발 들여놓을 수 있었습니다. 폭발적으로 증가하고 있는 이와 같은 학제 간학제간 융합연구가 인류에게 새로운 선물을 안겨줄 원천이 될 것으로 조심스럽게 예상해 봅니다. 


재미한인과학기술자협회 북테사스 지부 소개

지면을 빌려 한가지 알려드립니다. 재미한인과학기술자협회는 미국에서 활동하는 한인 과학자와 기술인들이 모여 1971년에 만든 비영리 단체입니다. 현재 미국 전역에 6000여 명의 등록회원과 30여 개의 지부로 운영되며, 학회개최, 장학사업, 경력개발지원, 한미 간 과학기술 협력 증진 등을 중점사업으로 활동하고 있습니다. 올해 7월을 기점으로 필자는 재미과학기술자협회 북테사스 지부 회장을 맡게 되었습니다. 가을에는 DFW 지역의 과학기술 전문가 몇 분을 모시고 세미나를 개최할 예정이며 봄에는 지역 초중고 학생들을 대상으로 수학과학경시대회를 열 계획입니다. 여러분의 꾸준한 관심을 부탁드리며 관련내용은 홈페이지 www.ksea.org와 nt.ksea.org에서 확인하실 수 있습니다. 


박우람

공학박사

· 재미한인과학기술자협회 북텍사스 지부 회장

· 서울대학교 : 기계공학 학사와 석사

· 미국 Johns Hopkins 대학: 기계공학 박사

· 2011년 UT Dallas: 기계공학과 교수 부임

· 로봇 및 기계공학 연구와 교육에 매진






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