2008년 노벨 화학상

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2008년 노벨 화학상에 대한 보고서 자료입니다.

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2008년 노벨 화학상

본문내용

이렇게 입체적인 구조를 갖기 때문에 단백질은 생체 내에서 여러가지 화학 반응을 진행시키는 중요한 역할을 맡게 된답니다. 생체 내의 \'손\'이라고나 할까요.GFP의 238개 아미노산을 이어붙이고 나면 자기들끼리 움직여서 다음 그림과 같은 구조를 만듭니다.
지금 이 그림에서 녹색으로 밝게 빛나고 있는 +_+ 녀석이 바로 형광의 성질을 띠고 있는 녀석이랍니다. 우리가 줄줄이 꿰었던 아미노산 중 65번에서 67번째에 위치한 세 개의 아미노산인데요, 세 개의 아미노산만으로 형광을 띠다니, 놀랍죠?자, 여기까지는 그냥 하나의 특이한 단백질 이야기에 불과했습니다. 이 정도로 노벨상을 주진 않죠. 그럼 얘가 뭐 그리 대단하길래 노벨상을 주었을까요? 지금까지의 이야기만으로도 뭔가 보이지 않습니까? 네, 생체 내에 있는 특정 단백질에 \'꼬리표\'로 달아놓으면 그 단백질이 어떻게 움직이는지, 어디에 분포하는지 살펴볼 수 있겠죠! 물론 지금까지 화학자들과 생물학자들이 사용하던 \'꼬리표\'들도 있습니다만, 이 GFP는 그것과는 완전 차별화된 새로운 차원의 꼬리표인 것입니다!!! 뭐가 그렇게 \'새롭냐\'고요? 우선 GFP는 어디에 달아놔도 웬만한 상황에선 해를 끼치지 않습니다. 어느 분자에 꼬리표를 달아놨더니 그 꼬리표 때문에 세포가 죽어버리면 곤란하겠죠? 혹은 꼬리표를 달아놨더니 그 꼬리표 때문에 그 분자가 더이상 활동하지 않아버려도 곤란하겠죠? GFP는 거의 무해한 훌륭한 꼬리표인 것입니다! 또한 매우 \'보편적으로\' 써먹을 수 있다는 장점이 있습니다. 이건 무슨 소린고 하니, 특정 세포, 특정 기관, 특정 생물을 가리지 않는다는 이야기입니다. 위에서 썼다시피 GFP는 원래 해파리 안에 들어있던 녀석입니다. 그런데도 대장균, 예쁜꼬마선충[4], 초파리, 심지어 쥐에서까지 아무런 문제 없이 발현됩니다. 우와 짱이지 않습니까? GFP가 오직 해파리에서만 발현되고 다른 생물에 들어가면 분해되어버린다든지 그 생물을 죽여버린다든지 하면 그 활용 가능성이 완전 줄어들잖아요. 게다가 지금까지 써오던 분자생물학의 여러 도구들과 \'함께\' 쓸 수도 있습니다. GFP를 쓰려면 어떤 도구는 못 쓴다- 뭐 이런 제한이 걸려있다면 자유롭게 쓰기 힘들겠죠.그러나 뭐니뭐니해도 가장 큰 장점은 \'형광\'을 띤다는 것입니다. 이게 얼마나 막강한 장점인지 기존의 꼬리표와 비교해보도록 하죠. 기존의 꼬리표 중 흔하게 이용되는 것이 \'항원 꼬리표\'입니다. 우리가 보고자 하는 단백질 속에 \'특정한 모양\'을 띤 꼬리표를 삽입해서 그 모양에 결합하는 \'낚시대\'를 드리우면 그 단백질만 쏙 낚아낼 수 있게 되는 것이죠. 널리 이용되는 방법입니다만 GFP와 비교해보면 그 단점이 명확하죠. 무엇보다 실시간으로 지켜볼 수가 없지 않습니까? 어찌됐든 낚시대를 드리우려면 세포를 꺼내서 갈아버려야 하니까요. 그리고 세포 내에서 그 단백질이 어떻게 분포하는지 등도 알아내기가 어렵고요. GFP는 이런 단점을 다 커버할 수 있는 훌륭한 꼬리표인 것입니다.여기에 \'형광\'을 띠고 있기 때문에 가능한 몇 가지 기술들이 추가됩니다. 대표적인 것이 FRET[5]인데요, 간단히 원리를 설명하면 이렇습니다. 파란 빛을 받아서 녹색 빛을 내는 형광단백질 분자 A가 있고, 녹색 빛을 받아서 노란 빛을 내는 형광단백질 분자 B가 있다고 합시다. 자, 이 세포에 파란 빛을 쬐어줍니다. 그럼 무슨 색 형광이 나올까요? A 분자와 B 분자가 따로 놀고 있다면 그냥 녹색 빛이 나오겠죠. 그런데 여기서 A와 B가 붙어있다면 어떻게 될까요? 네, A 분자가 파란 빛을 받아서 녹색 빛을 내기 전에 그 빛 에너지가 B 분자로 전달되어 노란 빛이 나오게 됩니다. 즉 붙어있으면 노란 빛, 떨어져있으면 녹색 빛이 나오는 겁니다. 그럼 이걸로 뭘 확인할 수 있을까요? A와 B 사이의 거리를 알 수 있겠죠! 실제로 이 현상이 일어날 확률이 두 분자간 거리의 여섯 제곱에 반비례하기 때문에, 정량적인 예측까지 가능합니다. 강력하죠?이런 엄청난 장점을 토대로, GFP는 생물학 연구에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 과학자들은 GFP의 구조를 약간 변형시켜서 다양한 색상을 얻어내었고, GFP와 비슷하게 형광을 내는 다른 물질들도 찾았습니다. 그 결과, 이제 이 \'물감\'들을 사용해서 생물체 속에서 화려한 그림을 얻어내고 있습니다. 몇 개, 구경하실래요?
쥐의 대뇌피질에서 형광단백질을 발현시킨 사진입니다. 이쁘지 않나요? ^^; 이런 쥐를 brainbow라고 부른다네요.
형광의 위력! 위쪽 그림과 같은 멀쩡한 쥐가 푸른 빛 아래에서 아래쪽과 같이 형광을 냅니다. 신기하죠?
영화 포스터 같은 모습? ㅋㅋ 초파리의 눈에서 형광단백질을 발현시키면 이렇게 된다죠.
찬조출연! 이번 노벨생리의학상 주제 중 하나[6]인 HIV의 모습입니다. 네모 칸 안에 들어있는 녹색 녀석이 HIV이고, 그 밑의 빨간 녀석이 우리 몸의 면역 세포 중 하나인 T 세포입니다. 밑의 연속 사진-_-에서 HIV가 세포 속으로 쏙 들어가는 모습을 볼 수 있네요.
앞선 글에서 이미 이야기했듯이, GFP가 맨 처음 발견된 곳은 해파리 Aequorea victoria였습니다. 그럼 이 해파리가 GFP를 가지고 있다는 사실은 어떻게 밝혀졌을까요?이놈의 해파리는 신기하게도 스스로 녹색 빛을 내는 녀석입니다. (이렇게 생명체가 빛을 내는 현상을 생체발광(bioluminance)이라고 하는데, 친숙한 예로 반딧불을 들 수 있겠습니다.) 호기심 많은 과학자들이 이 해파리를 그냥 내버려둘 리가 없겠죠. 과학자들은 이 해파리를 연구해서 1955년 처음으로 \'내부적인 화학반응에 의해 빛을 낸다\'는 결론을 얻을 수 있었습니다.이 타이밍에 이번 노벨상 수상자 중 한 명인 시모무라 오사무가 일본에서 건너와서 이 해파리 연구에 뛰어듭니다. 시모무라는 나고야 대학에서 생체발광에 대해 연구해서 박사 학위를 받은 사람이었고, 이런 경험을 살려 마침내 1962년, 해파리가 빛을 내는데 이용하는 분자를 분리해내는데 성공합니다! 애쿠어린(aequorin)이라고 명명된 이 단백질 분자는 화학반응을 통해 빛을 내는 분자였는데, 놀랍게도 그 빛의 색깔이 녹색이 아니라 푸른색이었습니다!이건

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전기,   물성 ,   노벨,   화학상