^*쇼크 옵서버(shock absorber): ‘쇼바’라고 불리는 자동차, 오토바이 등의 완충 장치. 스프링과 오일로 구성되어 있다. 

[붙임] 용어설명

1.효소

생체 촉매로 단백질의 한 종류. 우리 몸을 화학 공장이라고 본다면 이 공장을 돌리는 약 4천 개 이상의 로봇(효소)들이 각자의 작업을 담당하고 있다. 음식을 분해하고(탄수화물을 분해하는 데 작용하는 아밀라아제), 에너지를 만들고(세포호흡 과정에 관여하는 ATP 합성효소), DNA를 복사하고(DNA를 복제할 때 필요한 DNA 중합효소), 노폐물을 처리하는(과산화수소를 분해하는 카탈레이스) 과정에 효소가 관여한다.

2.점탄성

효소는 작동할 때 구조가 열리고 닫히는 움직임을 반복하는데, 이때 단백질 전체가 단단하지도 흐물흐물하지도 않고, 마치 스프링처럼 탄력 있게 움직이면서도 충격을 흡수하는 성질을 보인다. 자동차에 들어 있는 쇼크 업소버(충격 흡수 장치)가 노면의 충격을 부드럽게 흡수하며 차체를 안정시켜주는 것처럼, 효소도 점탄성을 통해 구조적 유연성과 안정성을 유지한다. 특히 이러한 움직임이 집중적으로 일어나는 부위를 ‘고변형(high-strain) 영역’이라고 하며, 이 부위는 효소 안에서 구조적으로 가장 많이 휘고 접히는 기계적 관절 같은 역할을 한다. 이번 연구에서는 이 고변형 영역의 점탄성이 손상되면, 효소의 반응 속도도 눈에 띄게 떨어진다는 사실이 실험적으로 입증되었다.

3.알파폴드

구글 딥마인드가 개발한 단백질의 3차원 구조 예측 인공지능 모델. 단백질은 아미노산 사슬이 3차원으로 접혀 있는 구조인데, 알파폴드는 단백질의 아미노산 서열만 입력하면 접힘(folding) 과정을 계산해 그 단백질이 실제로 어떤 3차원 구조를 가질지 정밀하게 예측해준다. 알파폴드 개발진은 2024년 노벨 화학상을 수상했다.

이번 연구에서는 알파폴드를 이용해, 단일 아미노산 돌연변이가 효소 전체 구조에 어떤 영향을 미치는지를 예측했다. 하나의 아미노산만 바꿨을 때 주변 구조가 얼마나 달라지는지, 즉 단백질이 얼마나 ‘뒤틀리고, 흐트러졌는지’를 정량적으로 계산해 실제 효소 활성 변화와의 상관관계를 분석했다. 그 결과, 구조 변형이 클수록 효소 활성이 더 많이 떨어지는 경향이 나타났고, 이를 통해 단백질 구조의 기계적 안정성과 생물학적 기능이 정밀하게 연결돼 있다는 점이 뒷받침되었다.

[붙임] 그림설명

그림. 기계의 쇼크 옵서버 같은 효소의 고변형 영역을 실험적으로 알아냄. 빨간 선은 효소 안에서 힘이 전파되는 경로를 나타내며, 외부 진동을 받을 때 구조적으로 가장 크게 휘는 고변형(high-strain) 부위들이 이 경로에 위치해 있다. 효소를 금판(노란색) 사이에 고정하고, 레이저 빛을 쏘아 나노미터 수준의 미세한 움직임을 관측한 뒤, 이를 수학적으로 계산해 힘이 집중되는 고변형 영역을 찾아냈다. (그림제공: 이스라엘 와이즈만 연구소)