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학술웨비나 - 연구성과
염소/수소이온 교환펌프(Cl-/H+ exchanger)의 작동원리에 대한 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 반응 역학 연구 [J. Am. Chem. Soc.]
이상윤
 일시 
   2018년 3월 23일 (금) 오전 10시 (한국시간)
 연사 
   이상윤 (IBM Research)
 약력 
  PDF (84 KB)
세미나 개요
염소/수소이온 교환펌프는 세포나 세포 소기관에 존재하는 막단백질로서, 염소와 수소 이온을 단백질 내부의 특정경로를 통해 막 안팎으로 서로 반대방향으로 전달합니다. 서로 구조가 비슷한 염소이온 채널이 염소이온을 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 염소 이온을 수동적으로 통과시키는 것과 달리, 염소/수소이온 교환펌프는 한쪽 이온의 농도차에 의해 한 방향으로 이동할때 다른 이온을 그 반대 방향으로 전달합니다. 또한, 외부의 이온 농도의 변화에 상관없이 교환펌프를 통과하는 염소와 수소의 유출입 속도의 비율은 일정합니다. 이런 교환펌프의 독특한 작동원리를 이해하기 위해 그동안 전기생화학이나 구조생물학에 관련된 다양한 실험들이 이루어졌지만, 기존의 실험 방법에서는 개별 이온입자가 단백질 내부 경로를 통과하는 과정을 측정 결과를 통해 간접적으로 유추할 수밖에 없었습니다. 한편, 계산화학 분야에서는 분자동역학 시뮬레이션을 통해 분자 단위로 실제 단백질과 이온들의 실시간 움직임을 계산할 수 있었지만, 기존 모델 정확도의 한계와 시스템 크기에 따른 복잡도로 인해 하나의 시뮬레이션에서 실제 이온이 단백질을 통과하는 과정을 구현하기는 현실적으로 어려웠습니다. 이전 방법들의 한계를 극복하기 위해, 이번 연구에서는 1) 단백질 내부에서 수소이온의 이동 과정을 효율적으로 계산할 수 있는 모델을 개발하고, 2) 분자동역학 시뮬레이션을 기반으로 만들어진 모델을 실제 실험에서의 측정값을 이용해 최적화하는 새로운 모델링 방법을 제시하였습니다. 기존의 동역학 시뮬레이션에 기반한 연구들이 일반적으로 이온의 전체 수송 과정 중 특정 중간 단계를 이해하는데 그쳤다면, 이번 연구에서는 전체 과정에서의 이온 유출입 속도를 계산하고 이를 실제 실험에서 측정값과 직접 비교했습니다. 또한, 기존의 실험 결과를 설명할 수 있는 전체 과정에 대한 새로운 모델을 제시했습니다.

세미나 보기


관련논문 보기
Multiscale Kinetic Modeling Reveals an Ensemble of Cl–/H+ Exchange Pathways in ClC-ec1 Antiporter
J. Am. Chem. Soc., Publication Date (Web): January 14, 2018 | DOI: 10.1021/jacs.7b11463
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