당 분자들에 의한 물 분자들의 재배열 메커니즘

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-06-20

우리의 모든 세포들은 글리칸(glycan)이라고 불리는 당 분자들에 의해 둘러싸여 있다. 스위스 취리히연방공과대학 [Swiss Federal Institute of Technology Zurich, ETH Zurich]와 스위스 재료 시험 연구소 (Empa : Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology)의 연구자들이 글리칸들이 먼 거리에 떨어져 있는 물 분자들을 재배열시킨다는 사실을 발견했다. 이것은 세포들이 멀리 떨어져 있는 서로서로를 어떻게 인지하는지에 영향을 줄 수 있는 것으로 보인다. 글리코단백질(Glycoprotein)은 우리 몸의 필수 구성성분이다. 이 당-단백질 융합 분자들은 폐나 위에 있는 보호용 점액을 만들어주는 역할을 한다. 이들은 또한 관절의 윤활액의 일부분이며 안테나처럼 뻗어나가 작은 숲처럼 달라붙는 글리칸과 함께 당 부분을 통해 우리의 세포를 보호하는 역할을 한다. 취리히연방공과대학과 재료 시험연구소의 연구자들은 글리칸이 그들을 둘러싸고 있는 주변의 물 분자들에 대해서도 영향을 발휘할 수 있다고 말했다. 재료시험 연구소의 Rowena Crocket과 재료공학부 소속 교수인 Nicholas Spence는 글리칸들이 주변에 존재하는 물 분자들의 랜덤한 움직임을 조절할 수 있다는 사실을 발견했다. 약 0.3나노미터 정도의 물 분자의 크기와 비교해 글리칸들이 재배열하는 물 분자들의 거리는 매우 크다. 실제로 이들이 영향을 미치는 최대 거리는 수십 나노미터에 달한다. 이에 대해 Spence은 “우리 세포의 막은 글리칸으로 덮여 있으며 이를 통해 물 분자를 거쳐 서로 정보를 전달하는 것일지도 모른다는 가설을 세웠다”고 말했다. 세포 표면에서 글리칸들이 이루고 있는 구조를 모방하기 위해, Spence의 동료인 Rosa Espinosa-Marzal은 잘 알려진 글리코단백질의 단일막으로 운모 표면을 코팅했다. 비록 그 단백질이 자체적으로 운모의 표면에 달라붙기는 했지만, 글리칸들은 표면과 멀리 떨어진 방향으로 정렬했다. 그녀는 다음으로 글리코단백질로 코팅되어 있는 표면을 향해 운모 표면을 가까이 가져갔으며 그들 사이에 증가하는 반발력을 관찰할 수 있었다. 이에 대해 그녀는 “반발력이 놀랍게 증가했다”고 말했다. 이러한 증가는 글리칸에 의한 물 분자들의 재정렬에 힘입은 바가 크다. 이 재배열 효과는 연구자들이 글리코단백질의 폴딩을 풀어주기 위해 화학물들을 넣어주는 순간 사라졌으며 이러한 사실은 글리칸의 방향이 주변에 존재하는 물 분자들에 미치는 영향을 좌우한다는 것을 의미한다. 물 분자들에 대한 이 글리칸의 장거리 영향은 글리코 단백질이 왜 관절의 윤활액으로 이용되고 있는지도 설명해준다. 또한, 우리의 세포뿐만 아니라 박테리아나 곰팡이를 둘러싸고 있는 글리칸 코팅은 우리의 면역 시스템이나 수용체, 다른 세포에 존재하는 센서에 의해 인지될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [Espinosa-Marzal R.M., Fontani G., Reusch F.B., Roba M., Spencer N.D., Crockett R.: Sugars communicate through water: oriented glycans induce water structuring. Biophys J 104/12, 2013, dx.doi.org/10.1016/j.bpj.2013.05.017]을 참고하기 바란다. 그림: 운모의 표면에 존재하는 글리코단백질과 주변의 물 분자들(왼쪽), 그리고 이들에 의한 물 분자들의 재배열(오른쪽) longdistance.jpg http://phys.org/news/2013-06-distance-sugar-molecules.html