단백질의 일생

나가타가즈히로

세포생물학을전공한과학자이자시인.1947년시가현에서태어나1971년교토대학이학부물리학과를졸업했다.과학자로서모리나가유업중앙연구소,미국국립암연구소,교토대학흉부질환연구소,재생의과학연구소를거쳐자수포장(학문·예술에유공한자에게주는훈장)과한스노이라트(HansNeurath)과학상을수상했고,시인으로서궁중우타카이하지메(歌?始,연초에일본천황등이단가를낭송하는행사)단가선정위원,『아사히신문』가단(歌壇)선정위원을맡고있다.현재는교토대학명예교수이자교토산업대학단백질동태연구소소장으로활동중이다.『세포생물학』,『단백질의일생』등여러권의책을썼다.

감수의말
머리말-세포안의일꾼,단백질

제1장.단백질이사는세계-‘세포’라는소우주
우리에게친숙한단백질부터·소재가되는‘아미노산’·한줄의‘끈’·헤아릴수없는종류의단백질·골격도단백질,효소도단백질·일꾼,단백질·세포생물학·세포의조건·생체의계층구조·동물도,식물도·세포의구조·단백질을만드는‘소포체’·미토콘드리아·공생세균,미토콘드리아가되다·세포의진화·공생관계의성립·DNA란무엇인가·DNA의정보량·모든것은단백질을위해서

제2장.탄생-유전암호를해독하다
이중나선모델의충격·DNA의암호로부터·센트럴도그마·뛰어난정보보존시스템·DNA의복제·DNA의실을감다·RNA의작용·RNA세계·전사프로세스·코돈,정보의번역단위·암호
의시작점과종결점·번역기계리보솜·운반RNA(tRNA)·시간이얼마나걸릴까·시험관내번역장치

제3장.성장-세포내의훌륭한조연,분자샤프롱
분자샤프롱의발견·접어서모양만들기·4개의계층·친수성,소수성·접힘의대원칙·안핀슨의도그마·시험관안,세포안·단백질의응집·보호자역할,분자샤프롱등장·열충격단백질에서스트레스단백질로·스트레스단백질에서분자샤프롱으로·대장균에서작용하는샤프롱·요람안에서의접힘·‘전기떡메’의구조·올바르게접히기는이토록어렵다·스트레스단백질·단백질수리공·삶은달걀이날달걀로!·샤프롱의작동원리는3가지·뇌허혈·스트레스내성의획득·이식수술에응용·암치료와스트레스단백질·온열요법의실제·호열균의스트레스단백질·생명을지키는시스템·스트레스응답의구조

제4장.수송-세포내물류시스템
정교한‘수송’시스템·수신처쓰는법-엽서방식과소포방식·단백질의수송경로·인지질의‘막’·‘채널’을만드는막단백질·신호가설·동시번역수송-바늘귀꿰기의묘기·당사슬의부가-단백질의화장지우기·소포체안에서의접힘·클립으로고정-이황화결합형성·세포의‘안이되는외부’·‘소포형’의꼬리표-택배의편리함·화물수송레일과모터단백질·세포내교통의상행과하행·유통센터,골지체·골지체에서의반송·밖에서안으로-엔도사이토시스·인슐린분비·콜라겐의합성·HSP47의발견·분자샤프롱과질병·미토콘드리아로수송·안으로끌어당기는래칫·자유롭게드나드는핵수송·수송인프라는생명유지의기반

제5장.윤회전생-생명유지를위한‘죽음’
불로장수의꿈·단백질의수명·교체되는단백질·매일매일다시태어나는세포·아미노산의리사이클시스템·분해신호의이름은PEST배열·세포주기에필요한단백질분해·‘시계유전자’·초파리의시간유전자·시각을맞추는장치·자기를먹어서살아남는다·선택적으로분해할까,한꺼번에분해할까·유비퀴틴은분해의표식·분해기계프로테아좀·우수한‘고리모양분자기계’·대식가오토파지·분해의안전장치·세포의죽음·단백질의윤회전생

제6장.단백질의품질관리-그것의파탄으로서의병리
‘품질관리’의필요성·리스크매니지먼트·공장의품질관리·세포내의4단계품질관리·불량품이생긴경우·첫번째전략-생산라인의정지·두번째전략-수리공샤프롱의유도에의한재생·세번째전략-폐기처분·네번째전략-공장폐쇄·품질관리의‘시간차공격’·품질관리의파탄으로서의병리·혈우병·접힘이상병의발견·신경변성질환·‘빨간구두’병·폴리글루타민병발병메커니즘·재생할수없는신경세포·알츠하이머병·여러가지해면상뇌증·인간프리온병·전파형프리온·프리온의감염력·BSE의위협·프리온과분자샤프롱·알츠하이머병의메커니즘·새로운치료법을향해

마치며

생명은왜소중한가?
지금,철학이아닌‘단백질’이응답한다!

갓태어난아기단백질의모험에서노쇠한단백질의자살까지,
마이크로코스모스안에서벌어지는놀랍도록정교하고
눈부시게아름다운단백질의삶과죽음!

“세포라는마이크로코스모스안에단백질은얼마나함유되어있을까?
이답도또한천문학적인숫자로,60조개의세포가각각80억개정도의단백질을갖고있다고한다.이80억개는한번만들어지면그것으로끝이아니라분해와생성을계속되풀이하며신진대사를하고있다.(중략)60조개나되는세포하나하나의안에서는매초마다엄청난기세로단백질이계속만들어지고있다.우리는그것을전혀의식하지못하지만우리가알지못하는곳에서,
그토록은밀하고부지런한활약이벌어지고있기에비로소우리라는존재가있는것이다.”
-<머리말>에서

세포안에서펼쳐지는환상적인드라마,
먼지보다작은단백질의위대한일생!

단백질은잠들지않는다?우리들인간은하루8시간이상일하고,나머지시간은식사를하거나여가활동을하거나잠을자는등휴식을취하지만,단백질에게는휴식시간이없다.24시간풀타임으로열심히일한다.그럼으로써우리의생명이유지된다.우리가인식하지못하는작은세포안에서맹렬하게,끊임없이‘열일’하는단백질의눈부신활약덕분에우리라는존재가유지되고있는것이다.
그렇다면,단백질이란무엇일까?탄수화물,지방과더불어3대영양소로서쇠고기나두부,콩등에많이함유되어있는것?맞는말이다.그러나그것이전부가아니다.영양소의하나로만취급받는다면단백질은상당히억울할(?)것이다.왜냐하면단백질은생체분자의하나로서우리의생명활동을만들어내는중요한존재이기도하기때문이다.『단백질의일생』은세포수준에서단백질과생명활동을포괄적으로풀어서설명한다.‘세포내의부지런한일꾼’단백질의세계를평생파헤쳐온‘단백질전문가’인저자는그신비하고정교한생명활동의비밀을알기쉬운언어로찬찬히풀어서들려준다.

내몸안의열정적인‘일꾼’단백질,
그들의탄생에서죽음까지를낱낱이추적한다!

모든생명체와마찬가지로단백질도탄생과성장,죽음이라는과정을겪는다.인간의일생과단백질의일생은싱크로율100%를자랑하는셈이다.본문에서는먼저1장과2장에서단백질의관점에서현대생명과학의기초를설명하고3장부터본격적으로단백질이야기를시작한다.3장에서6장은각각‘성장’,‘수송’,‘윤회전생’,‘품질관리’라는제목그대로단백질의‘일생’을순차적으로서술한다.3장‘성장’에서는한줄의아미노산사슬이어떻게3차원으로접혀서단백질구조를이루는가를알려준다.‘구슬이서말이라도꿰어야보배’라는속담이있지만아미노산은꿰기만해서는보배가되지못하고접혀야만비로소어엿한단백질로탄생한다.
4장‘수송’에서는단백질의여행이펼쳐진다.3차원으로접혀서만들어진단백질이‘일자리’를찾아가는과정이다.이것은현대사회의택배시스템과대단히유사하다.우리는어마어마하게많은물건들을잽싸게분류해하루만에배달하는현대사회의택배시스템에감탄하지만,세포내단백질수송시스템의정교함에는비할바가못된다.
5장‘윤회전생’에서는제할일을다한단백질이어떻게최후를맞이하거나재활용되는가를살펴본다.오늘날사회적으로쓰레기처리가큰골칫거리인데,우리의세포안에서벌어지는단백질의폐기와재활용사이클을참조해봄직하다.그야말로정교하고효율적이기때문이다.
끝으로6장‘품질관리’에서는단백질이잘못만들어지거나변형됐을때어떤일이벌어지는가를그리고있다.몇년전에전세계를떠들썩하게했던‘BSE(소해면상뇌증;예전광우병)’나알츠하이머병,당뇨병도단백질의품질관리에문제가생겨서발병한다.‘단백질연구’에도전하는것은이러한불치병의극복으로이어지는멋진도전이기도한것이다.

생명이란무엇인가?그리고생명은왜소중한가?
지금,철학대신‘단백질’이응답한다!

전통적으로존재의정의나생명의의의등에대해답을구하는것은철학의영역이었다.그러나21세기눈부신과학의발전으로이제우리는그답을생물학에서도찾을수있게되었다.생물학이들려주는생명의구조,놀랍도록정교하고아름다운‘마이크로코스모스’의세계를알게되면‘생명이왜소중한가’에대해철학에버금가는깨달음을얻을수도있을것이다.『단백질의일생』을읽으면우리는생명이얼마나소중하고놀라운지,그리고인간에대한혐오,약자에대한폭력이나아동학대등이왜문제인가를생물학의관점에서답을찾아낼수있게된다.작가생텍쥐페리는「어린왕자」에서‘정말중요한것은눈에보이지않는다’고했다.이말은세포생물학에도들어맞는다.단백질은세포안에서묵묵히최선을다해책무를완수함으로써우리의존재를생명의최전선에서책임지고있는멋진존재다.그런의미에서『단백질의일생』은교양과학서로의즐거운지적독서뿐만아니라인간의마음에입은수많은상처를치유하고내일을살아갈힘을얻는치유서로도한몫을할것이다.