2017-11-13
우리 세포는 에너지와 물질을 필요한 곳으로 옮긴다. 과학자들이 칼슘 펌프라고 알려진 단백질 ‘엔진’의 단일 분자가 어떻게 작동하는지 추적하는 실험을 통해서 새로운 기초적인 통찰을 제공하고 있다. 처음으로 몸의 가장 기초적인 엔진들 중의 하나를 직접 볼 수 있게 되었다. 칼슘 펌프는 세포의 수송과 신호전달 체계에 동력을 제공한다. 이 기능은 살아있는 모든 생물에 중요한 생물분자적 기전의 기초가 된다. 칼슘 펌프는 세포막에 자리하고 있다. 이 펌프 덕분에 우리 근육이 수축하고 신경세포들이 신호를 전달할 수 있다. 세포는 이 펌프를 작동하는데 ATP라고 알려진 몸의 연료의 약 4분의 1을 사용한다. 그 펌프에 대한 지식은 몸에서 에너지 균형과 다른 중요한 기능들을 이해하는데 필수적이다.
그 펌프가 단일 분자 수준에서 어떻게 기능하고 그것이 어떻게 분자적 일방통행으로 작동하는지를 처음으로 보여주는 새 연구가 Nature에 발표되었다. 이 연구는 그 펌프의 원자적 구조와 기능을 이해하기 위한 중요한 탐구의 한 단계를 보여준다. 그것이 어떻게 이온들을 세포 밖으로 퍼내는지를 전례 없는 수준으로 자세하게 밝히고 있다.
그 새 연구는 그 이온 수송의 일방성에 대한 중요한 통찰을 제공한다. 그 펌프 순환에서 칼슘 이온이 세포 안쪽으로부터 오고 펌프가 ATP를 잘라냈을 때에만 그 펌프가 도달할 수 있는 새로운 열린 상태를 확인했다. 그 이온이 세포 주변으로부터 오는 경우에는 이 상태에 도달할 수 없다. 이 상태로부터 칼슘이 방출될 때가 ‘귀환 불능 지점’이 된다. 이것이 그 펌프가 단지 수동적인 채널이 아니라 펌프로서 작동하는 것을 설명하는 기전이다.
그 칼슘 펌프는 에너지를 필요로 하는데, ATP 분자를 자르면서 이를 얻는다. 방출된 에너지는 그 펌프의 일로 변환된다. 그 덕분에 세포 안팎에서 큰 농도 차이가 생기게 된다. 농도 차이는 10,000배 이상이 될 수 있고 이 큰 차이는 신경 전달에서와 같이 세포들 사이의 의사소통에 필수적이다.
이 이온 펌프의 기전은 그 펌프에서의 문제들을 이해하는데, 특히 그 펌프를 표적으로 하는 새로운 약물들을 개발하려는 관점에서 중요하다.