단백질이란 무엇인가? (단백질의 기능, 정체와 형태)

우리 몸은 여러 가지 단백질로 되어 있다. 몸을 움직이는 근육, 몸을 지탱하는 뼈, 온몸에 지령을 내리는 뇌, 주위의 정보를 파악하는 눈, 몸을 감싸는 피부…. 이런 다양한 부위는 과연 무엇으로 이루어져 있을까?

실은 물을 제외하면 인체의 절반 정도는 단백질로 되어 있다. 그뿐 아니라 각 부위의 기능은 단백질이 만들어 낸다. 즉 인체가 정상적으로 작동되기 위해서는 반드시 단백질이 필요하다. 책의 프롤로그에서는 단백질이란 무엇이지를 먼저 알아본다.

책의 모든 내용은 세계 최고 수준의 정밀한 일러스트레이션과 전문가의 쉽고도 상세한 설명으로 구성되어 있다.

단백질이 만들어지기까지의 과정

단백질은 과연 어떤 과정으로 만들어질까? 몸속에서 만들어지는 단백질의 원료는 우리가 먹은 단백질이다. 그것이 몸속에서 아미노산으로 분해되어 어떤 ‘설계도’를 바탕으로 연결되어 가다가 새로운 단백질이 완성되는 것이다. 그 설계도란 유전자이다. 책의 제1장에서는 유전자를 설계도로 해서 단백질이 만들어지기까지의 줄거리, 즉 아미노산의 종류, 센트럴 도그마, DNA의 복제, 전사, RNA의 편집, 번역, 단백질의 완성, 유전의 암호를 소개한다.

우리 몸속의 여러 가지 단백질

몸속에는 구체적으로 어떤 단백질이 있을까? 제2장에서는 피부·털·손발톱·뼈 등 몸을 만드는 단백질, 망막·혀 등 미각이나 시각 등을 감지하는 단백질, 기억에 관계하는 단백질 등 인체와 관계있는 여러 가지 단백질을 소개한다. 사람 이외의 생물이 가진 단백질에 대해서도 알아본다.

몸속의 화학 반응을 담당하는 효소

우리의 몸속에는 분자를 잘게 자르거나 두 분자를 잇거나 하는 화학 반응이 끊임없이 일어나고 있다. 효소란 ‘화학 반응을 빠르고 정확하게 일으키는 단백질’이라고 할 수 있다. 우리가 살아갈 수 있는 것은 고속으로 화학 반응을 일으키는 무수한 효소 덕분이다. ‘효소’란 말은 널리 알려져 있지만 오해되고 있는 말이기도 하다. 제3장에서는 효소란 과연 어떤 것일까? 생물이 진화 과정에서 만들어 낸 정교한 화학 장치 효소의 다양한 기능, 효소가 만들어지는 과정, 주요 효소, 대사 지도 등 효소의 메커니즘을 살펴본다.

단백질은 형태가 핵심이다

단백질이 아미노산의 사슬로 되어 있는 것은 공통인데, 왜 단백질은 다양한 작용을 할까? 단백질을 구성하는 아미노산의 사슬은 접혀서 다양한 형태를 취한다. 그리고 이 다양한 형태가 바로 단백질의 기능을 만들어 낸다. 제4장에서는 천차만별인 단백질의 형태, 분자 모터, 음식의 분해, 정보의 전달, 약품의 개발, 단백질의 구조 분석에 주목해 자세히 살펴본다. 그리고 미세한 단백질을 살펴보는 방법에 대해서도 소개한다.

단백질 연구의 주요 테마

우리가 건강하게 지낼 수 있는 이유는 몸속에서 여러 가지 단백질이 정상적으로 작용하고 있기 때문이다. 병에 걸렸을 때는 어떤 단백질에 이상이 보인다. 그래서 인체의 단백질 연구는 의학에서 매우 중요하다. 제5장에서는 막 단백질, 당사슬, 불필요한 단백질의 분해, 세포 내부의 품질 관리, 단백질과 RNA의 복합체, 유전자 편집의 도구 등 질병과 관련이 강한 테마를 중심으로 단백질에 관한 여러 가지 연구를 소개한다.

프롤로그 단백질이란 무엇인가?

단백질은 가장 중요한 것 ①~② / 단백질의 기능 ①~② / 단백질의 정체 / 단백질의 형태

칼럼 왜 식물은 단백질의 양이 적을까?

제1장 단백질은 이렇게 만들어진다

음식물에서 몸속으로 / 아미노산 전 20종 / 아미노산끼리의 결합 / 센트럴 도그마 / DNA 복제 / 전사(DNA에서 RNA로) / RNA의 편집 작업 / 번역(RNA에서 단백질로) / 단백질의 완성 / 유전 암호의 기원 / 아미노산의 좌수형과 우수형

칼럼 아미노산은 균형된 섭취가 중요

제2장 여러 가지 단백질

피부, 털, 손발톱의 단백질 / 뼈의 단백질 / 몸의 형태를 만드는 단백질 / 기억에 관계하는 단백질 / 망막에 있는 단백질 / 혀에 있는 단백질 / 위에서 분비되는 단백질 / 세포 밖의 단백질 / 사람 이외의 생물에 있는 단백질 / 단백질의 이용

칼럼 콜라겐 식품은 왜 피부에 좋다고 할까?

제3장 몸속의 화학 반응을 담당하는 ‘효소’

효소란 무엇인가? / 밥을 소화한다 / 세균을 공격한다 / 알코올을 분해한다 / 효소가 만들어지는 메커니즘 / 효소 작용의 제어 / 에너지원을 만든다 / DNA를 복제한다 / 아미노산을 올바로 고른다 / 제휴해서 정보를 전한다 / 생성물을 적당한 양으로 유지한다 / 주요 효소 ①~② / 대사 지도 / 효소 Q&A

칼럼 광합성을 담당하는 단백질

제4장 단백질은 형태가 핵심

단백질의 여러 가지 모양 / 몸을 유지하는 섬유와 관 / 분자 모터 ①~② / 산소의 운반체 / 에너지를 만드는 펌프와 모터 / 음식물을 분해한다 / 외적으로부터 몸을 지킨다 / 정보를 전달한다 / 단백질의 형태와 의약품의 개발 / 단백질 형태의 예측 / 단백질의 구조 해석 ①~②

칼럼 세균의 초정밀 분자 모터

칼럼 단백질의 접기 게임

칼럼 세포 안에서 길이를 재는 매우 작은 ‘자’

칼럼 단백질의 질량 분석

* SACLA가 단백질의 구조 해석을 가속한다

* 인터뷰 : 데이비드 굿셀 박사

제5장 단백질 연구의 중요 테마

중요한 막 단백질 / 세포의 초기화 인자 / 빛나는 단백질 / 당사슬 / 불필요한 단백질의 분해 / 주목 받는 세포 속의 품질 관리 / 단백질 접기 / 단백질과 RNA의 복합체 / 유전자 편집의 도구 / 미지의 단백질 / 단백질 연구의 발전

칼럼 RNA에 착안해 난치병을 치료

협력자 명단

가와하라 히데히사 河原秀久 / 일본 간사이(關西) 대학 화학생명공학부 생명·생물공학과 교수, 학술 박사

간가와 겐지 寒川賢治 / 일본 국립순환기병연구센터 연구소 소장, 이학 박사

고미네 마유미 小宮根眞弓 / 일본 지치(自治) 의과대학 피부과학교실 부교수, 의학 박사

깃카와 마사히데 吉川雅英 / 일본 도쿄 대학 대학원 의학계연구과 생체구조학분야 교수, M.D., Ph.D.

나카무라 슈고 中村周吾 / 일본 도쿄 대학 대학원 농학생명과학연구과 부교수, 농학 박사

나카무라 하루키 中村春木 / 일본 오사카 대학 단백질연구소 교수, 이학 박사

난바 게이이치 難波啓一 / 일본 오사카 대학 대학원 생명기능연구과 교수, 공학 박사

노구치 다쿠미 野口 巧 / 일본 나고야 대학 대학원 이학연구과 물질물리학전공 교수, 이학 박사

다구치 히데키 田口英樹 / 일본 도쿄 공업대학 과학기술창성연구원 세포제어공학연구유닛 교수, 이학 박사

다누마 세이이치 田沼靖一 / 일본 도쿄 이과대학 약학부 생화학교실 교수, 게놈창약연구센터 센터장, 약학 박사

다니구치 나오유키 谷口直之 / 일본 이화학연구소 글로벌연구클러스터 시스템당사슬생물학연구그룹 디렉터, 의학 박사

다카노 요시로 高野吉郞 / 일본 도쿄 의과치과대학 명예 교수, 치의학 박사

다카다 쇼지 高田彰二 / 일본 교토 대학 이학연구과 생물물리교실 교수, 이학 박사

데이비드 굿셀 David Goodsell / 미국 스크립스(Scripps) 연구소 부교수, Ph.D.

도마리 유키히데 泊 幸秀 / 일본 도쿄 대학 분자세포생물학연구소 RNA기능연구분야 교수, 공학 박사

마루야마 게이 丸山 敬 / 일본 사이타마(埼玉) 의과대학 의학부 약리학교실 교수, 의학 박사

모리 가즈토시 森 和俊 / 일본 교토 대학 대학원 이학연구과 교수, 약학 박사

미즈시마 노보루 水島 昇 / 일본 도쿄 대학 대학원 의학계연구과 교수, 의학 박사

시미즈 겐타로 淸水謙多郞 / 일본 도쿄 대학 대학원 농학생명과학연구과 응용생명공학전공 교수, 이학 박사

아카시 사토코 明石知子 / 일본 요코하마 시립대학 대학원 생명의과학연구과 부교수, 약학 박사

야마모토 다카시 山本 卓 / 일본 히로시마 대학 대학원 이학연구과 교수, 이학 박사

이나다 도시후미 稻田利文 / 일본 도호쿠(東北) 대학 대학원 약학연구과 유전자제어약학분야 교수, 이학 박사

이시미 요시코 石見佳子 / 일본 국립연구개발법인 의료기반·건강·영양연구소 국립건강·영양연구소 식품보건기능연구부장, 치의학 박사

이시자키 야스키 石崎泰樹 / 일본 군마(群馬) 대학 대학원 의학계연구과 분자세포생물학 교수, 의학 박사

이시카와 데쓰야 石川哲也 / 일본 이화학연구소 방사광과학종합연구센터 센터장 및 하리마(播磨) 사업소 소장

이케하라 겐지 池原健二 / 일본 나라(奈良) 여자대학 명예 교수, G&L 공생연구소, 재단법인 국제고등연구소 펠로, 공학 박사

하나다 고스케 花田耕介 / 일본 규슈 공업대학 젊은 기수[若手] 연구아카데미 부교수, 이학 박사

하마다 히로시 濱田博司 / 일본 이화학연구소 다세포시스템연구센터 센터장, 교수, Ph.D.

후지이 노리코 藤井紀子 / 일본 교토 대학 원자로실험소 교수, 의학 박사

히라노 다카시 平野 譽 / 일본 전기통신대학 대학원 정보이공학연구과 기반이공학전공 교수, 이학 박사

히라야마 노리아키 平山令明 / 일본 도카이(東海) 대학 선진생명과학연구소 소장, 이학 박사

히로카와 노부타카 廣川信隆 / 일본 도쿄 대학 의학계연구과 특임 교수, 의학 박사

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우리 몸의 모든 것을 만드는 단백질

단백질이 없으면 생명도 없다!

단백질이라고 하면 무엇을 연상할 수 있을까? 달걀 흰자위, 고깃덩어리, 콩 같은 식품에 많이 들어 있는 영양소라는 점을 떠올리는 사람도 있을 것이다. 물론 단백질은 사람에게 가장 중요한 영양소 중 하나이다. 그와 별도로, 단백질은 어떤 고성능 기계도 모방할 수 없는 생물의 능력을 만들어 내는, 나노 규모의 만능 장치이기도 하다.

사람은 약 5만 내지 10만 종의 다양한 단백질을 가지고 있다. 그 단백질은 뇌와 근육, 뼈와 털 등 여러 가지 부품으로 이루어지는 우리의 몸을 구성하며, 서로 협조해서 생명 활동 그 자체를 지탱하고 있다. 우리가 숨을 쉬는 것도, 몸을 움직이는 것도, 눈으로 사물을 인식할 수 있는 것도 단백질 덕분이다. 그리고 단백질 자신을 만들어 내고, 또 분해하는 일 역시 단백질이 하고 있다. 결국 ‘단백질이 없으면 생명도 없다.’는 말은 단백질과 생명의 관계를 단적으로 보여 준다고 할 수 있다.

이 책은 눈에 보이지 않는 단백질의 작용을 정밀한 컬러 일러스트레이션을 바탕으로 보여 주는 ‘단백질 입문서’이다.

먼저 본론으로 들어가기 전에, ‘프롤로그’에서는 단백질이란 과연 무엇인지 그 개요를 살펴본다. 제1장에서는 단백질은 어떤 과정으로 만들어지는지를 알아본다. 우리가 먹은 단백질이 아미노산으로 분해되고, 유전자라는 ‘설계도’를 통해서 다른 단백질이 되기까지의 과정을 소개한다. 제2장에서는 우리 몸을 구성하는 단백질, 감각과 기억에 관계하는 단백질 등 사람 및 다른 생물이 가진 단백질에 대해 설명한다.

제3장에서는 ‘화학 반응을 빠르고 정확하게 일으키는 단백질’인 효소의 메커니즘에 대해 살펴본다. 제4장에서는 ‘단백질은 형태가 핵심’이라는 주제 아래, 단백질의 형태와 그 작용의 관계에 주목해 살펴본다. 제5장에서는 질병과 관련이 강한 테마를 중심으로, 단백질에 관해 이루어지고 있는 여러 가지 중요한 연구 내용을 소개한다. 이런 연구가 깊숙이 진행되면 우리의 삶도 크게 바뀔 것이다.

우리의 몸은 물론 동식물, 세균 등 온갖 생물 속에서 작용하는 단백질의 놀라운 세계를 이 책을 통해서 함께 알아보자.