[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 화학과 이효철 교수 연구팀(기초과학연구원 나노물질 및 화학반응 연구단 부연구단장 겸임)이 단백질 접힘 경로에서의 단백질 구조 변화를 실시간으로 관측하는 데 최초로 성공했다고 10일 밝혔다.

단백질의 3차원 구조를 결정하는 고유의 접힘 과정은 가장 중요한 생체 반응이다.

때에 따라 발생하는 잘못 접히는 과정은 단백질의 정상적인 기능을 방해하며 알츠하이머, 광우병, 파킨슨병 등이 바로 단백질 접힘이 올바르지 않아 발병되는 질병이다.

단백질 고유의 구조를 결정하는 접힘 과정의 중요성으로 인해 해당 접힘 동역학에 대한 이해는 생물학, 생화학, 생물리학 분야 전반에 걸쳐 가장 중요한 과제 중 하나이다.

또 잘 접혀있는 단백질이 풀리는 과정은 비교적 쉽게 연구할 수 있어 많은 연구가 이뤄져 왔지만 풀려있는 단백질이 접히는 과정은 연구가 힘들다.

이는 단백질이 접히는 과정을 연구하기 힘든 이유는 풀려있는 단백질이 특정 구조를 가지지 않고 매우 다양한 구조를 갖기 때문이다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 엑스선 산란 신호 분석법을 개발하고 적용해 이런 난제를 해결하는 데 성공했다.

연구과정을 보면 생체 내 전자전달에 관여하는 사이토크롬 단백질을 풀림 상태에서 접힘 상태로의 전이 과정을 발생시켜 해당 접힘 과정을 시간 분해 엑스선 산란법을 이용해 연속적으로 움직이는 단백질의 구조 변화를 관측했다.

이 과정에서 그간 단백질 접힘에 대한 이론적 모델로만 제시됐던 깔때기꼴 접힘 가설을 사이토크롬 단백질의 접힘 과정을 통해 실험적으로 입증했다.

이후 단백질의 구조 변화뿐만 아니라 접히는 과정의 속도가 기존에 알려진 보통의 지수함수 형태가 아니라 늘어진 지수함수 형태임을 밝혀냈다.

이 연구결과에 의하면 풀린 단백질에서 접힌 상태로 가는 경로가 매우 다양하다는 것을 실험적으로 알아냈다.

화학과 이영민 교수는 “단백질 접힘 이론 모형에 대한 실험적 검증은 이론 생물리학 관점에서 더욱 정확한 계산 방법 개발에 중요한 자산이 될 것”이라고 말했다.

KAIST 박사과정 졸업생 김태우 연구원이 제1저자로 KAIST 화학과 이효철, 이영민 교수가 교신저자로 참여한 연구결과는 국제 학술지 ‘미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)’에 7월 1일 게재됐다.

이 연구는 기초과학연구원, 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐다.