생물학적 시스템에 있어서 다양한 기질에 단백질이 결합하는 것은 간단한 것이기는 하지만 살아있는 생명체의 기능을 유지하는 필수적인 과정 중의 하나이다. 단백질의 결합에 관여하는 메커니즘은 오랫동안 이론적, 실험적 연구의 초점이 되어왔다.
그래서 이와 관련된 “락 앤 키(lock and key)”, “유도 적합(induced fit)”, “모집단 변화(population shift)” 그리고 “비행-던지기(fly-casting)”와 같은 많은 메커니즘들이 제안되었고 연구되어 왔다. 최근에 제시된 바 있는 “비행-던지기(fly-casting)” 메커니즘은 단백질로부터 멀리 떨어져 있는 기질에 도달하기 위해 단백질의 길이를 늘이거나 폴딩을 푸는 것과 같은 기작들을 설명하고 있다. 이 메커니즘은 결합 과정에 있는 “결합 반지름(capture radius)”을 확장시켜 결과적으로 결합을 가속화시킴으로써 확산 엔트로피(diffusive entropy)를 보상하고 있다.
“비행-던지기(fly-casting)” 메커니즘의 이론적인 모델에 기반해 Chang 박사와 동료 연구자들은 자유에너지에 있어 엔트로피와 관련된 중요한 요소인 온도가 “비행-던지기(fly-casting)” 메커니즘의 결합 반지름(capture radius)에 영향을 준다는 사실을 발견했다. 그들의 연구 결과는 단백질의 폴딩과 언폴딩의 전이온도(transition temperature)는 비행-던지기(fly-casting) 결합을 위한 가장 안정적인 조건이며 그 이유는 결합 반지름이 그 온도에서 가장 컸기 때문이라는 것을 보여주고 있다. 그들의 연구 결과는 “Influence of temperature and diffusive entropy on the capture radius of fly-casting binding.”라는 제목으로 SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, 2011, 54(12)에 게재되었다.
그들의 이론에 따라, 자유 에너지는 두 요소들을 포함하고 있다. 그 중 하나는 단백질의 폴딩과 언폴딩에 관여하고 있으며 다른 하나는 공간 상에서 단백질의 확산과 관련을 맺고 있다. 결합이 일어나는 동안, 자유에너지의 첫 번째 요소가 단백질이 특이적인 기질에 다가감에 따라 감소하게 되는 반면, 두 번째 구성요소는 증가하게 된다. 두 자유에너지 곡선이 만나는 지점은 단백질의 결합을 위한 결합 반지름(capture radius)으로 정의된다. 이러한 자유 에너지 곡선은 분자 동역학 시뮬레이션(molecular dynamic simulation)으로부터 얻은 결과와 일치한다.
비행-던지기(fly-casting)” 메커니즘의 결합 반지름(capture radius)은 단백질의 결합 친화도와 단백질의 결합 한계와 같은 많은 요소들에 영향을 받는다. 확산 엔트로피라는 용어를 이용한 그들의 이론은 또한, 중요한 엔트로피 요소인 주변의 온도들이 또한 결합 반지름에 영향을 준다는 것을 보여준다. 이 중 최고의 결합 반지름은 폴딩과 언폴딩 사이의 전이온도에서 얻을 수 있었다. 이러한 결과들은 자유 에너지 기능에 있어 에너제틱(energetic)이라는 용어와 엔트로픽(entropic)이라는 용어 사이에서의 관계를 나타낸다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 Chang L, Guo X L, Zhang J, et al. Influence of temperature and diffusive entropy on the capture radius of fly-casting binding. SCI CHINA Phys Mech Astron, 2011, 54(12):2237을 참고하기 바란다.
출처: 경기과학기술진흥원
자료출처: eurekalert.org
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