단백질이 접히는 데 걸리는 시간이 최초로 공개됐다. 3월 9일 정회성 미국국립보건원 화학물리학연구실 연구원이 이끈 연구팀은 단백질 하나가 3차원으로 접히는 데 약 1μs(마이크로초·100만분의 1초)가 걸린다는 연구 결과를 국제학술지 ‘미국물리학회(APS)’에 발표했다. doi: 10.1103/2q9m-4scc 1μs는 사람이 눈을 깜빡이는 시간의 약 10만 분의 1에 해당한다.

단백질은 3차원으로 접히면서 분자를 운반하는 등의 기능을 수행한다. 단백질이 잘못된 구조로 접히면 해당 단백질과 관련된 기능에 장애가 생길 수 있기 때문에 단백질이 접히는 과정은 중요하다. 단백질은 대부분 바로 접히지 못하고 실패했다가 다시 접히기를 반복한다. 단백질이 처음 접힘을 시도하고 완료할 때까지 걸리는 총시간을 측정한 적은 있어도, 단백질이 접히는 데 실패한 시간을 제외하고 순수하게 접히는 순간의 시간만 측정한 연구는 없었다.

 

APS

미국국립보건원 연구팀은 지름이 120nm인 구멍으로 통과시킨 빛을 단백질에 쏘아 단백질이 접히는 시간을 측정했다. 

연구팀은 ‘단일 분자 형광 분석법’을 이용해서 단백질이 접힐 때의 순 시간을 측정했다. 이 분석법은 빛을 방출하는 형광 염료를 단백질에 붙여 움직임을 추적하는 방식이다. 이들은 초록빛을 방출하는 염료와 주황빛을 방출하는 염료를 단백질 양 끝에 붙였다. 그리고 초록빛 염료에 빛을 쏘았다. 그러자 초록빛 염료와 주황빛 염료가 가까워지면서 주황빛 염료가 초록빛 염료로부터 에너지를 전달받아 주황빛을 방출했다. 주황빛이 방출되면 단백질이 성공적으로 접혀 양 끝이 가까워졌다는 뜻이다.

연구팀은 주황빛이 방출되기까지 소요된 시간을 아주 정밀히 측정하기 위해 빛을 구멍으로 통과시키는 방식을 선택했다. 지름이 120nm(나노미터·10억분의 1m)인 구멍으로 빛을 통과시켜서 단백질에 쏜 것이다. 이는 빛을 극도로 좁은 공간에 집중시켜 형광 신호를 증폭시키려는 의도다. 짧은 시간 동안에 더 강한 형광 신호를 얻을 수 있어, 극도로 빠르게 일어나는 변화를 정밀히 측정할 수 있기 때문이다. 

연구팀은 이 기술로 단백질이 접히는 찰나의 순간을 측정해 내는 데 성공했다. 서로 다른 단백질 8개가 접히는 데 성공한 순수 시간만을 측정했더니 평균 0.7~4μs였다. 단백질이 처음 접힘을 시도하고 실패한 시간까지 포함해서 완벽히 접히는 데까지 걸리는 총시간은 80μs~4s다. 따라서 단백질이 접힘 실패 시간을 제외하고 실질적으로 3차원 구조를 형성하는 시간은 전체 접힘 시도 과정에 걸리는 시간의 최대 100만 분의 1에 불과하다는 사실을 알 수 있었다.

또 단백질이 접히는 시간은 단백질의 크기나 길이와 관련이 없었다. 다만 단백질 내 결합이 가능한 아미노산이 많을수록, 접힘이 더 빠르게 일어났다. 정 연구원은 “22가지 아미노산으로 이루어진 단백질은 염기 종류가 4가지밖에 없는 DNA 등 다른 생체 분자보다 분자 내 상호작용이 더 많이, 다양하게 일어나기 때문에 다른 생체 분자보다 더 빠르게 접힐 수 있다”고 보도자료에서 밝혔다. 이어서 “단백질이 효율적으로 접히는 방식이 진화 과정에서 선택됐을 것”이라고 추측했다.

 

Shutterstock