1. 단백질 덩어리의 조합
우리 신체를 물질 기준으로만 생각하면 하나의 거대한 단백질 덩어리의 조합이라고 해도 과언이 아니다. 인체를 구성하고 있는 근육이나 피부, 머리카락은 모두 단백질로 구성되어 있다. 우리 몸 속에는 유전자에 의해 많은 작용들이 지속적으로 일어나고 있는데, 그 중 섭취되는 음식을 기초로 한 단백질을 생산하는 반응도 일어나고 있다. 유럽생물정보연구원 자료에 따르면 인간이 가지고 있는 단백질은 약 8만개 정도로 보고되어 있고, 유전자의 종류와 기능은 매우 다양하고 광범위하다. 특정 단백질의 구조나 기능을 잘 이해한다면, 그 단백질을 생성하게 하는 유전자의 기능도 파악할 수 있다. 그렇기 때문에 단백질의 기능과 구조를 연구하여 신약 개발에 활용하는 프로테오믹스 분야가 각광을 받고 있다.
2. 단백질의 종류
단백질은 우리 몸 구성성분이 되는 재로로서 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한 단백질은 체내 화학 반응에 필요한 효소, 생리기능을 조절하는 호르몬, 면역 체계에 필요한 구성요소이며, 영양분의 공급과 생체기능을 조절할 수 있는 기능도 수행한다. 단백질은 약이나 독으로도 존재하게 된다. 흔한 예로 성형에서 많이 사용되는 보톡스도 단백질의 한 종류인 동시에 독성이 매우 강한 자연산 독극물이다. 또한 당뇨병을 치료하는 인슐린도 50여개의 아미노산으로 이루어진 단백질이다. 인슐린은 혈액 속에 녹아 있는 포도당을 간이나 근육세포에 저장하는 기능을 가지고 있는데, 인슐린이 부족하면 혈액 속에 있는 포도당을 활용할 수 가 없게 된다. 그 결과 소변으로 포도당의 농도가 정상치 이상으로 검출되게 되면 당뇨병 판정을 받게 된다. 공복 상태에서 측정된 포도당 농도가 110 mg/dl 이상이면 주의가 필요하다.
인슐린 단백질을 구성하고 있는 아미노산의 종류와 연결 순서에 대해 밝혀낸 영국의 분자 생물학자 생어는 노벨상을 받았고, 훨씬 전에 인슐린을 처음으로 발견한 밴팅과 매클라우드도 노벨상을 받았다. 또한 인슐린의 방사면역 측정법을 연구한 학자 얠로도 노벨상을 수상한 바 있다.
3. 아미노산 분자
이렇게 중요한 역할과 기능을 하고 있는 단백질을 만드는 원료는 아미노산 분자이다. 아미노산은 염기성 성질을 가진 아미노기와 산성 성질을 가진 카르복실기가 공존하는 특수한 구조를 가지고 있는 분자를 말한다. 아미노기와 카르복실기는 동일한 탄소원자에 결합되어 있으며, 이를 알파 탄소라고 부른다. 아미노산이 녹아있는 용액의 산도에 따라 아미노산 분자는 양이온/음이온/중성 분자로 존재할 수 있다. 만약 특정 산도에서 카르복실기의 양성장가 떨어져나와 아미노기에 붙으면 아미노기는 양이온으로, 카르복실기는 음이온 형태로 된 쥬비터이온이 되게된다. 이 쥬비터이온은 전기적으로는 중성분자이지만, 양이온과 음이온을 동시에 가지고 있는 독특한 구조를 가진 분자형태이다.
하나의 아미노산 분자에 결합되어 있는 아미노기와 또 다른 아미노산 분자에 결합되어 있는 카르복실기가 반응을 일으키면 물과 두 개의 아미노산으로 구성된 하나의 새로운 분자가 형성된다. 이 새로운 분자는 다이펩타이드라 하고 이러한 반응 결과 생성된 결합을 펩타이드 결합이라고 한다. 단백질 하나가 형성되기 위해서는 수 많은 펩타이드 결합이 형성되어야 하는데, 결국 단백질은 아미노산을 활용하여 만들어진 고분자라고 할 수 있다.
4. 아미노산과 신체
가장 간단한 구조의 아미노산인 글리신을 제외한 19개 아미노산은 광학 활성의 성질을 지니고 있다. 아미노산은 광학활성 성질에 따라 L형과 D형으로 나눌 수 있다. 광학활성이라는 것은 편광을 쏘였을 때 편광이 일정한 각도로 회전하는 현상을 말하는데, L형과 D형은 서로 회전하는 방향이 반대이다. 광학활성을 지닌 두 분자는 광학활성이 다르다는 점을 제외하고는 물리 화학적 특성이 모두 같다고 할 수 있따. 이런 특성을 지닌 분자들을 서로 광학 이성질체라고 부른다. 공간에서 광학 활성 분자들은 서로 거울상을 하고 있다. 즉 거울에 비친 것과 같은 모습을 보이지만, 실제 공간에서는 서로 겹쳐질 수 없다.
의학계에서 사용되는 약과 음식에 포함된 광학 활성 분자들은 무수히 많다. 그 분자들의 기능과 효과 또한 광학 활성에 의존하는 경우가 많다. 일반적으로 실험실에서 이런 특성을 가진 분자를 합성하면, 광학 특성이 다른 분자들이 혼합되어 합성된다. 따라서 실험실에서 합성된 혼합물을 각각의 광학활성 분자로 분리하는 일은 상당히 까다로운 작업이다.
한가지 흥미로운 점은 L형 아미노산은 체내에서 소화, 합성을 할 수 있지만, D형은 소화도 합성도 할 수 없다. 즉, 사람의 몸의 아미노산은 모두 L형이라는 뜻이다. 사람의 몸 뿐만 아니라, 지구상의 대부분의 생물은 L형의 아미노산으로만 구성되어 있는 것으로 알려져있다.
댓글