바이오인

 

 

 

 

구조생물학은 단백질, 핵산과 같은 거대생체분자들에 대한 입체 분자구조를 규명함으로써 그 기능을 밝히고자 하는 학문이다. 단백질과 핵산은 세포 내 에서 일어나는 대부분의 생명현상을 수행하기 때문에 구조생물학은 분자수준에서 생명현상을 이해하고 연구하는데 상당한 기여를 하고 있다. 주요 단백질의 분자구조에 대한 지식은 생화학, 면역학, 바이러스학 등 관련 생물학 분야의 연구방향과 이해를 근본적으로 변화시켰다.

 

구조생물학의 방법론으로는 X-선 결정학, NMR, Cryo-EM 등이 있으나, X-선 결정학이 구조생물학 분야에서 월등한 기여를 하고 있다. 1912년 결정(crystal)에 의한 X-선 회절현상이 라우에(Laue)에 의해서 처음 발견된 이후, 세계 최초의 단백질 결정 구조는 1958년 John Kendrew 연구팀이 밝힌 향고래 myoglobin 단백질의 2.0 Å 해상도의 분자구조이다 [1]. John Kendrew는 그 공로를 인정 받아서 hemoglobin의 구조를 밝힌 Max Perutz와 함께 1962년 노벨 화학상을 수상하였다. 이후 X-선 단백질 결정학은 비약적인 발전을 거듭하여 현재 Protein Data Bank (PDB)에는 2008년 통계로 51,491개의 단백질 구조가 등록 되어있다 (그림 1). 이러한 구조생물학의 비약적인 발전의 원동력은 다음의 3가지 요소가 바탕이 되었기 때문에 가능하였다. 첫째는 유전자 재조합기술의 발전으로 외래 단백질을 대장균 등을 이용해서 비교적 손쉽게 대량 생산할 수 있었기 때문이다. 둘째, 유전체 분석기술의 발달로 다양한 생명체에 대한 게놈 정보가 증가함으로써 단백질 구조 분석을 위한 유전자원이 증가했기 때문이다. 마지막으로 단백질 구조분석에 방사광 가속기의 이용이 용이해 짐으로써 X-선 발생기로 실험하던 시기에는 상상도 할 수 없었던 양질의 데이터 획득이가능해 졌다. 방사광 가속기와 구조생물학 연구는 지난 30년간 매우 밀접한 관계를 형성해 왔다. 원래 가속기는 입자물리분야의 고에너지 연구를 위해서 고안되었다.

 

그 당시 가속기를 운용할 때 방사광이 발생되었는데 이는 매우 불편한 부산물로 인식되었으며, 단지 소수의 분광학 혹은 회절 분야의 연구자들만 가끔식 이용할 뿐 이었다. 1980년대에 이르러서야 가속기의 부산물인 방사광을 본격적으로 이용하기 위한 제 2세대 방사광 가속기가 최초로 건설되었다. 1990년대에는 더욱 강력하고 양질의 방사광을 인출하기 위한 제 3세대 방사광 가속기가 건설되었다[2]. 한국에서도 세계 5번째로 제 3세대 방사광 가속기가 1994년 포항지역에 건설되었다. 현재 방사광 가속기와 구조생물학은 불가분의 관계로 발전되었다. 본 총설에서는 방사광 가속기와 구조생물학의 상호작용에 의한 기술적 진보가 생명과학 혹은 의학 분야에 어떻게 기여했는지에 대해서 살펴보고자 한다.
 

 

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