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미-아르헨 과학자들, 지구에 최초로 등장한 단백질 구조 추정

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미-아르헨 과학자들, 지구에 최초로 등장한 단백질 구조 추정

2022.01.17 16:08
사이언스 어드밴시스 14일자 발표
돼지의 탈수소효소와 열포균목에 속하는 유기체의 철-황 결합 단백질의 공통된 부분이 빨간색과 주황색으로 표시돼 있다. 미 럿거스대 등 공동연구팀은 이같이 금속과 결합하는 단백질 핵심 부위를 통해 지구상 최초 단백질을 추측할 수 있다고 밝혔다. 사이언스어드밴시스 제공
돼지의 탈수소효소 중 열포균목에 속하는 유기체의 철-황 결합 단백질과 공통된 부분이 빨간색과 주황색으로 표시됐다. 미 럿거스대 등 공동연구팀은 이같이 금속과 결합하는 단백질 핵심 부위를 통해 지구상 최초 단백질을 추측할 수 있다고 밝혔다. 사이언스어드밴시스 제공

미국과 아르헨티나의 과학자들이 현존하는 단백질을 활용해 지구에 최초로 등장했을 것으로 추정되는 단백질이 오늘날 생명 현상의 기본 물질로 자리잡게 한 구조와 특징을 알아내는데 성공했다. 

미국 럿거스대와 프린스턴대, 아르헨티나 부에노스아이레스대 연구진은 약 40억 년 전 지구에서 처음 생성된 단백질 구조에 금속 결합을 위한 공통적인 반복서열이 있었다는 강력한 근거를 확인했다고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 14일자에 발표했다.

 

현재까지 나온 최초의 생명체의 탄생에 대해 가장 유력한 가설은 약 40억~37억 년 전 지구의 원시바다에서 무생물 물질로부터 단순한 유기 화합물이 만들어지면서 시작됐다는 것이다. 

 

연구팀은 이 가설에 근거해 최초의 생명체는 태양이나 뜨거운 물을 분출하는 열수분출공으로부터 에너지를 모아 사용했을 것으로 추정했다. 이를 위해 산화환원 반응이 반드시 수반돼야 하고 분자적으로 전자를 주고받는 능력이 가장 중요했을 것으로 봤다. 

 

연구팀은 생명 활동에 꼭 필요한 단백질과 전자 전달에 가장 적합한 물질인 금속을 조합한 경우를 조사했다. 지구에 등장한 최초의 단백질이 현재에 이르기까지 다양한 형태로 진화했다는 것을 전제로 현존하는 단백질 중 금속과 결합하는 모든 단백질 구조를 비교하고 공통점을 추출했다. 

 

분석 결과 금속과 결합하는 단백질들은 결합한 금속의 종류와 관계없이 공통된 구조가 있다는 사실을 확인했다. 많은 단백질에서 금속과 연결되는 핵심 부위가 동일한 하위구조가 반복되는 형태를 띠는 사례가 발견됐다. 또 금속과 결합하지 않는 단백질에서도 이런 반복된 하위 구조가 발견되기도 했다. 

 

야나 브롬버그 미국 럿거스대 생화학 및 미생물학과 교수는 “반복된 구조가 시간이 흐르면서 재배열되면서 현재의 수많은 종류의 단백질과 생명체를 탄생하게 했을 것으로 추정된다”며 “다른 행성에서 생명체를 찾아내고, 특정 단백질을 만들어내는 합성 생물학 분야 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

이번 연구에는 프린스턴대 연구원 시절 연구에 참여한 린다 쿡 기초과학연구원(IBS) 이산수학그룹 연구원도 참여했으며 미국항공우주국(NASA)의 지원으로 이뤄졌다.


 

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