바이오인

출처 : 한국분자 · 세포생물학회

이온채널(ion channel)과 수송체(transporter)의 분자 진화

임현호 / 한국뇌연구원

서 론

세포막 물질수송은 생명현상을 정의하는 가장 기본적 특징 중 하나로, 이러한 원초적인 생명현상은 세포막 수송 단백질이라 불리우는 일군의 단백질군에 의해 매개되어 세포 안팎으로 이온, 영양소 등을 이동시키게 된다. 이들 물질 수송은 우리 몸에서 뇌(신경세포)의 전기적 활성, 근육의 수축, 이완, 호르몬의 분비, 면역반응 등은 물론 대장균의 달리기와 텀블링, 선충의 S자 모양 이동, 미모사 잎의 접힘 등 지구상 모든 생명체의 다양한 생리적 현상에 직간접적으로 두루 관여되어 있으며, 우리 유전체에만도 1600여개의 세포막 단백질의 유전자가 수록되어 있다.

세포막 수송 단백질 중 이온 채널은 세포막 또는 세포소기관의 생체막에서 특정 이온의 선택적 통과를 매개하는 통로를 형성하는 막단백질이다. 세포막 전압, 신경전달물질, 기계적 자극, 산, 빛 등 다양한 자극은 이온 채널의 출입문을 개방하여 특정 이온의 세포막 안팎 전기화학적 구배에 따른 순행이동을 가능케 한다. 반면 수송체는 리간드의 결합에 따른 일련의 구조 변화를 통해 결합된 리간드를 세포막의 반대쪽으로 전달시킨다. 이러한 수송체의 구조 변화는 세포내 에너지원과의 결합을 필요로 하며, 결국 에너지 의존적으로 리간드 분자를 세포막 내 외부 전기화학적 구배를 거슬러 수송시키는 일이 가능하게 한다.

이처럼 이온채널과 세포막 수송체 단백질들이 물리화학적으로 서로 상이한 작동 메커니즘을 가지며 지금까지 밝혀진 이들 단백질들의 삼차원 입체 구조의 차이가 이들 단백질 군간의 구조-기능 차이를 비교적 잘 설명할 수 있었다.

하지만 두 단백질 그룹 간의 경제가 모호한 경우도 종종 발견되는데, ABC 형 수송체 단백질군의 서열상의 특성은 모두 지니고 있으나 염소이온채널로 작동하는 CFTR(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)와 ABC형 수송체와 닮았으나 내향성 포타슘 채널의 보조단위체로 작동하는 SUR(sulfonylurea receptors), 염소채널 및 염소/수소 교환 수송체로 구분되어지는 CLC형 단백질군을 비롯해 수송체의 모델처럼 연구되어온 소디움/포타슘 교환수송체가 palytoxin의 결합에 의해 양이온 채널로 작동한다는 보고들의 예처럼 이들 두 단백질군 간 유전자 서열, 삼차원 입체구초, 전기생리학적 특성 등에서 경계가 모호한 경우를 어렵지 않게 찾을 수 있다. 본 기고에서 필자는 이처럼 이온채널과 수송체의 양성적 특성을 지닌 세포막 단백질의 몇가지 예를 살펴보고, 작동메커니즘이 상이한 이온채널과 수송체간의 분자적 진화의 수수께끼를 독자들과 함께 마주하고자 한다.

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