세포 내의 초정밀 분자기계들이 모두 우연히?
(Molecular Machines Work for Us)
David F. Coppedge
생명체는 기계처럼 작동한다. 우리를 활기차게 유지시켜주는 분자기계들의 예는 다음과 같다.
분자기계는 독성 단백질 덩어리를 찢어낸다.(Phys.org. 2020. 1. 29). 단백질이 엉키면, 쓸모없는 분자가 될 뿐만 아니라, 세포를 혼란스럽게 만들어서, 심각한 질병을 일으킬 수 있다. 다행히도 그것을 풀어줄 수 있는 기계가 있다. ClpB(Caseinolytic peptidase B protein homolog)라 불리는 이 분자기계는 “노출된 단백질 사슬고리를 강제로 잡아당겨, 단백질 덩어리에서 풀어낼 수 있다.” AMOLF의 샌더 탠스(Sander Tans)는 다음과 같이 설명한다 :
“우리는 고리 모양의 ClpB 단백질이 중심 구멍을 통해 단백질 사슬고리를 강제로 끌어당기는 것을 발견했다. 이러한 단백질 사슬 루프는 단백질 덩어리의 표면에 존재한다. 그러나 이러한 덩어리는 너무 커서 기공을 통과하지 못한다. 따라서 이러한 당김 작용을 통해, ClpB는 개별 단백질 사슬을 더 큰 응집체에서 끌어낼 수 있다. 제거되면, 단백질 사슬은 다시 접히고, 정상적으로 기능할 수 있다. 모든 단백질들을 하나씩 뽑아냄으로써, 샤페로닌(chaperone)은 전체 응집체를 완전히 풀 수 있다.”
세포의 탄력적 코일은 RNA의 격발을 흡수한다.(Phys.org. 2020. 1. 30). 라이스 대학(Rice University)의 과학자들은 왜 DNA의 전사(transcription)가 꾸준한 속도가 아닌, 갑자기 돌발적으로 발생하는지를 궁금해 했다. 답은 DNA의 슈퍼코일의 탄력성과 관련이 있었다. 전사 기계인 RNA 중합효소(RNA polymerase)는 일련의 탄력적 격발로 DNA 가닥을 따라 도약하고 있었다.
한 연구자는 말했다. “RNA 중합효소는 RNA 생산을 시작하기 위해서 DNA를 감고 있다고 생각된다. 그 과정이 시작될 때, 격발(burst)이 발생하지만, 그 과정은 스프링을 압착함으로서 속도가 느려진다. 그러면 자이레이스(gyrases, DNA의 이중 나선을 슈퍼 코일화하는 효소)가 들어온다. 그들은 이 슈퍼코일을 풀어 정상적 생산을 다시 시작할 수 있게 한다. 동시에 자이레이스는 중합효소의 반대편에서 발생하는 부정적 스트레스를 완화시킨다”
변형된 RNA는 DNA에 직접적으로 영향을 미친다.(Phys.org. 2020. 1. 29) 분자생물학자들은 전사(transcription)가 양방향 도로(two-way street)라는 것을 깨달았다. RNA 중합효소(RNA polymerase)가 유전자를 읽고, 전령 RNA(messenger RNA)를 생성함으로서, RNA는 DNA에 영향을 미친다. 이 기사의 다이어그램은 이 과정에서 RNA 중합효소와 함께 작동하는 여러 분자기계들, 예를 들어, DNA 가닥을 자르는 핵산가수분해효소(nuclease), 가닥을 푸는 나선효소(helicase), 전사된 mRNA를 조절하는 리보핵산가수분해효소 P(Rnase-P)와 다른 분자기계들, 엑손을 제거하고 인트론을 재배열하는 스플라이세오좀(spliceosome) 등과 같은 것들을 보여준다.
‘부서진’ 세포들은 스스로 고쳐진다.(Phys.org. 2020. 1. 28). 침입자가 세포막에 구멍을 뚫으면, 세포는 손상을 복구할 수 있다. 몬트리올 대학(University of Montreal)의 연구자들은 “세포는 막 지방 (지질)을 더 액체 형태로 뒤섞어서, 구멍을 고칠 수 있다”고 밝혔다.
휴지기 상태의 과분극화 구조는 2-기공 채널 3(two-pore channel 3)를 활성화한다.(PNAS. 2020. 1. 28) 분자기계를 더 자세히 알고 싶어하는 사람들은, 과학자들이 어떻게 전압 게이트 막 채널의 휴식상태를 이미지화 할 수 있었는지 읽어보라. 이 채널들은 전하에 기초하여, 매우 비슷한 이온들을 구별할 수 있다. 채널의 급속한 탈분극은 활동전위(action potential)가 막을 따라 이동하게 한다. 과학자들은 이 고감도 분자기계의 휴식상태의 구조를 발견했다.
이 구조는 나트륨 선택성을 위한 화학적 기초를 제공하며, 수축된 게이트는 극도의 전압 의존성과 일치하는 닫힌 기공을 나타낸다.
이 채널은 신경과 근육에 신호를 전달하기 때문에, 동물의 삶에 있어서 극히 중요하다.
혈관 막에 있는 수용체: 기계감응 GPCR (Medical Xpress. 2020. 1. 31). 기사 상단의 이 분자기계에 대한 도형은 지적설계를 유추하기에 충분하다. 그리고 그 기능에는 더 많은 설계의 증거들이 있다. 이 기계감응 G 단백질 결합수용체(mechanosensitive G-protein coupled receptor, GCPR)의 7 포인트 방사형 대칭은 우리를 살아있게 한다. 혈관 막에 위치하는 그들은, 혈관을 확장시키거나 수축시켜 접촉에 반응한다. 뮌헨대학의 연구자들은 “이러한 기계적 힘이 H1R 수용체를 활성화하는 것을 발견했다. 이것은 차례로 일련의 반응들을 일으켜, 결국 혈관을 확장시켜 조직으로의 혈액 공급을 증가시킨다.”
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이러한 고도로 정밀한 초미세 분자기계들이 모두 우연히 생겨났을까? 시간을 거슬러 올라가 과거의 철학자들에게 세포 내의 분자기계들에 대해 이야기해준다면 얼마나 멋진 일일까? 로버트 훅과 레벤후크 이전의 과학자들은 세포 내부에 수천 개의 분자기계들은 물론이고, 세포가 존재한다는 사실조차 알지 못했다. 그들이 2020년의 과학자들처럼 10억 분의 1미터 크기의 물체를 볼 수 있고, 세포 내의 분자기계들이 사람이 만든 기계처럼(사실 더 빠르고 효율적으로) 작동되고 있는 모습을 관측한다면, 엄청나게 놀랄 것이 확실하다. 그들은 생명의 기초에 대해 너무도 잘못 생각했었다는 것을 깨달을 것이고, 분자들을 회전시키고, 격발시키고, 끌어당기는 분자기계에 대해 더 많은 것을 배우고 싶어할 것이다. 하지만 다윈은 부끄러움으로 인해, 어두운 골방으로 들어가 숨으려할 것이다.
출처 : CEH, 2020. 1. 30.
주소 : https://crev.info/2020/01/molecular-machines-work-for-us/
번역 : 미디어위원회
세포 내의 초정밀 분자기계들이 모두 우연히?
(Molecular Machines Work for Us)
David F. Coppedge
생명체는 기계처럼 작동한다. 우리를 활기차게 유지시켜주는 분자기계들의 예는 다음과 같다.
분자기계는 독성 단백질 덩어리를 찢어낸다.(Phys.org. 2020. 1. 29). 단백질이 엉키면, 쓸모없는 분자가 될 뿐만 아니라, 세포를 혼란스럽게 만들어서, 심각한 질병을 일으킬 수 있다. 다행히도 그것을 풀어줄 수 있는 기계가 있다. ClpB(Caseinolytic peptidase B protein homolog)라 불리는 이 분자기계는 “노출된 단백질 사슬고리를 강제로 잡아당겨, 단백질 덩어리에서 풀어낼 수 있다.” AMOLF의 샌더 탠스(Sander Tans)는 다음과 같이 설명한다 :
세포의 탄력적 코일은 RNA의 격발을 흡수한다.(Phys.org. 2020. 1. 30). 라이스 대학(Rice University)의 과학자들은 왜 DNA의 전사(transcription)가 꾸준한 속도가 아닌, 갑자기 돌발적으로 발생하는지를 궁금해 했다. 답은 DNA의 슈퍼코일의 탄력성과 관련이 있었다. 전사 기계인 RNA 중합효소(RNA polymerase)는 일련의 탄력적 격발로 DNA 가닥을 따라 도약하고 있었다.
변형된 RNA는 DNA에 직접적으로 영향을 미친다.(Phys.org. 2020. 1. 29) 분자생물학자들은 전사(transcription)가 양방향 도로(two-way street)라는 것을 깨달았다. RNA 중합효소(RNA polymerase)가 유전자를 읽고, 전령 RNA(messenger RNA)를 생성함으로서, RNA는 DNA에 영향을 미친다. 이 기사의 다이어그램은 이 과정에서 RNA 중합효소와 함께 작동하는 여러 분자기계들, 예를 들어, DNA 가닥을 자르는 핵산가수분해효소(nuclease), 가닥을 푸는 나선효소(helicase), 전사된 mRNA를 조절하는 리보핵산가수분해효소 P(Rnase-P)와 다른 분자기계들, 엑손을 제거하고 인트론을 재배열하는 스플라이세오좀(spliceosome) 등과 같은 것들을 보여준다.
‘부서진’ 세포들은 스스로 고쳐진다.(Phys.org. 2020. 1. 28). 침입자가 세포막에 구멍을 뚫으면, 세포는 손상을 복구할 수 있다. 몬트리올 대학(University of Montreal)의 연구자들은 “세포는 막 지방 (지질)을 더 액체 형태로 뒤섞어서, 구멍을 고칠 수 있다”고 밝혔다.
휴지기 상태의 과분극화 구조는 2-기공 채널 3(two-pore channel 3)를 활성화한다.(PNAS. 2020. 1. 28) 분자기계를 더 자세히 알고 싶어하는 사람들은, 과학자들이 어떻게 전압 게이트 막 채널의 휴식상태를 이미지화 할 수 있었는지 읽어보라. 이 채널들은 전하에 기초하여, 매우 비슷한 이온들을 구별할 수 있다. 채널의 급속한 탈분극은 활동전위(action potential)가 막을 따라 이동하게 한다. 과학자들은 이 고감도 분자기계의 휴식상태의 구조를 발견했다.
이 채널은 신경과 근육에 신호를 전달하기 때문에, 동물의 삶에 있어서 극히 중요하다.
혈관 막에 있는 수용체: 기계감응 GPCR (Medical Xpress. 2020. 1. 31). 기사 상단의 이 분자기계에 대한 도형은 지적설계를 유추하기에 충분하다. 그리고 그 기능에는 더 많은 설계의 증거들이 있다. 이 기계감응 G 단백질 결합수용체(mechanosensitive G-protein coupled receptor, GCPR)의 7 포인트 방사형 대칭은 우리를 살아있게 한다. 혈관 막에 위치하는 그들은, 혈관을 확장시키거나 수축시켜 접촉에 반응한다. 뮌헨대학의 연구자들은 “이러한 기계적 힘이 H1R 수용체를 활성화하는 것을 발견했다. 이것은 차례로 일련의 반응들을 일으켜, 결국 혈관을 확장시켜 조직으로의 혈액 공급을 증가시킨다.”
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이러한 고도로 정밀한 초미세 분자기계들이 모두 우연히 생겨났을까? 시간을 거슬러 올라가 과거의 철학자들에게 세포 내의 분자기계들에 대해 이야기해준다면 얼마나 멋진 일일까? 로버트 훅과 레벤후크 이전의 과학자들은 세포 내부에 수천 개의 분자기계들은 물론이고, 세포가 존재한다는 사실조차 알지 못했다. 그들이 2020년의 과학자들처럼 10억 분의 1미터 크기의 물체를 볼 수 있고, 세포 내의 분자기계들이 사람이 만든 기계처럼(사실 더 빠르고 효율적으로) 작동되고 있는 모습을 관측한다면, 엄청나게 놀랄 것이 확실하다. 그들은 생명의 기초에 대해 너무도 잘못 생각했었다는 것을 깨달을 것이고, 분자들을 회전시키고, 격발시키고, 끌어당기는 분자기계에 대해 더 많은 것을 배우고 싶어할 것이다. 하지만 다윈은 부끄러움으로 인해, 어두운 골방으로 들어가 숨으려할 것이다.
출처 : CEH, 2020. 1. 30.
주소 : https://crev.info/2020/01/molecular-machines-work-for-us/
번역 : 미디어위원회