단백질 효소, 유전자가 설계한 소프트 나노 기계로 봐야
UNIST·와이즈만 연구진, 단백질 효소 기계적 작동 원리 규명
우리 몸속 생화학 반응을 조절하는 ‘단백질 효소’ 가 실제로는 유전자가 설계한 ‘나노 기계’처럼 작동한다는 사실이 국제 공동연구를 통해 밝혀졌다.
UNIST(울산과학기술원) 물리학과 츠비 틀루스티(Tsvi Tlusty) 특훈교수 연구팀은 이스라엘 와이즈만 연구소(Weizmann Institute of Science)의 일라이셔 모지스(Elisha Moses) 박사팀과 함께, 효소가 지닌 점탄성(viscoelasticity)이라는 기계적 특성이 그 생화학적 활성도에 결정적인 역할을 한다는 사실을 실험적으로 입증했다고 28일 밝혔다.
이 연구는 물리학 분야 최고 권위 학술지인 네이처 피직스(Nature Physics)에 게재됐다.
연구진은 효소 내부의 특정 구조가 자동차의 완충 장치인 쇼크 옵서버(shock absorber)처럼 작동하며, 이 구조가 파괴되면 효소 본연의 기능이 급격히 저하된다는 사실을 확인했다.
실험에서는 구아닐레이트 인산화효소를 사용해 총 207개의 아미노산 중 단 하나만 교체한 돌연변이를 만들었고, 그 결과 효소의 활성도가 50% 이상 감소했다.
이 돌연변이로 인해 효소의 3차원 구조에 변화가 생겼으며, 이를 인공지능 기반 단백질 구조 예측 시스템인 알파폴드(AlphaFold)를 통해 분석한 결과, 구조가 크게 변화한 효소일수록 기능도 더 많이 상실되는 것으로 나타났다.
이로써 연구진은 효소의 기계적 특성과 생화학적 기능이 정밀하게 연결되어 있다는 것을 과학적으로 확인했다.
츠비 틀루스티 교수는 “효소를 단순한 화학 반응 촉매가 아니라 유전자가 정교하게 설계한 소프트 나노 기계로 바라봐야 한다”며 “기계적 특성이 생명의 정밀성과 효율성을 만들어낸 진화의 핵심 원동력일 수 있다는 점을 이번 연구가 보여준다”고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 기초과학연구원(IBS), 그리고 이스라엘 과학재단(Israel Science Foundation)의 지원을 받아 수행됐다. (논문명: ‘Enzymes as viscoelastic catalytic machines’)
Editor 메디마스터
