막스 페르디난트 페루츠 [Max Ferdinand Perutz]헤모글로빈의 구조
과학나라
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2018.05.30 15:56
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1914. 5. 19. - 2002. 2. 6.
영국(오스트리아 빈 출생)
화학자
빈대학교를 졸업한 다음 케임브리지대학교 캐번디시연구소의 분자생물학 연구반에 들어가 W.브랙의 조수로 일하였다(1947).
이것이 계기가 되어 1962년 분자생물학 연구소의 초대 소장이 되었으며 1963~1969년 유럽분자생물학기구의 의장을 역임하기도 했다.
결정(結晶)헤모글로빈의 X선회절에 의한 분자구조 결정(1958) 연구로 유명하다.
헤모글로빈 : 척추동물의 적혈구 속에 다량으로 들어 있는 색소 단백질.
1962년 단백질구조에 관한 연구로 J.켄드루와 함께 노벨화학상을 수상하였다.
"호흡은 아주 간단해 보인다. 하지만 생명체가 살아 있다는 기본적인 증거인 호흡이 이루어지려면 매우 복잡한 고분자 안에서 다양한 종류의 원자가 상호 작용을 해야 하는 것 같다."
호흡은 아주 자연스러운 현상이기 때문에 사람들은 대부분 그에 대해 거의 생각하지 않는다.
하지만 30조 개의 적혈구 각각에 들어 있는 헤모글라빈은 산소를 폐에서 체내 구석구석에 있는 조직들로 운반한다.
인체에 헤모글로빈이 없다면 우리는 한시도 살아 있지 못할 것이다.
헤모글로빈 분자는 적절한 시점에 미세한 산소분자를 실어서 적절한 때까지 안전하게 가지고 있다가 적절한 순간에 내보낸다.
이러한 일이 어떻게 가능한가?
분자들 간에 여러 가지 놀라운 상호 작용이 일어나기 때문이다.
적혈구 속에 있는 개개의 헤모글로빈 분자는 네개의 문이 달려 있고 네 명의 "승객"만 태울 수 있는 조그만 택시에 비할 수 있다.
이 분자 택시는 적혈구 안에서 적혈구와 함께 이동하기 때문에 운전자가 필요 없다.
적혈구는 헤모글로빈 분자를 가득 실은 수송용 컨테이너와 같다.
헤모글로빈 분자의 여행은 폐 안에 있는 폐포에 적혈구가 도착하면서 시작된다.
우리가 들이마신 공기가 폐로 들어가면, 방금 도착한 미세한 산소 분자들이 택시를 잡으려고 몰려든다.
이 분자들은 순식간에 "컨테이너" 즉 적혈구 안으로 들어가 사방으로 흩어진다.
그런데 각 적혈구 안의 헤모글로빈 택시는 모두 문이 닫혀 있다.
하지만 얼마 지나지 않아 산소 분자 하나가 혼잡한 무리를 뚫고 헤모글로빈 택시 안으로 비집고 들어간다.
그러자 매우 흥미로운 일이 일어난다.
적혈구 안에 있는 헤모글로빈 분자의 모양이 바뀌는 것이다.
첫 승객이 들어오자 헤모글로빈 택시의 문이 모두 저절로 열리면서 나머지 승객이 쉽게 탑승할 수 있게 된것이다.
협동 결합이라고 불리는 이 과정은 매우 효율적이어서 한 번 숨을 들이마시는 동안 적혈구에 있는 모든 택시의 "좌석" 가운데 95퍼센트가 채워진다.
적혈구 하나에 들어 있는 2억 5000만개가 넘는 헤모글로빈 분자는 모두 합쳐 약 10억 개의 산소 분자를 운반할 수 있다.
곧이어 헤모글로빈 분자를 실은 적혈구는 귀중한 산소를 필요로하는 신체 조직에 산소를 공급하기 위해 출발한다.
이제 다음과 같은 의문이 생길지 모른다.
'적혈구 속에 있는 산소 원자들이 너무 일찍 빠져나오지 않는 이유는 무엇인가?'
그 이유는 헤모글로빈 분자 안으로 들어간 산소 분자가 기다리고 있던 철 원자와 결합하기 때문이다.
하지만 수분이 있는 곳에서 산소와 철이 만나면 어떤 일이 일어나는지 본 적이 있을 것이다.
대부분의 경우 산화철 즉 녹이 생긴다.
철에 녹이 슬면 산소는 결정 속에 영구적으로 갇히게 된다.
그러면 헤모글로빈 분자는 수분이 많은 적혈구 속에서 어떻게 녹이 생기지 않게 하면서 철과 산소를 결합고 분리하는가?
그에 대한 답을 얻기 위해 헤모글로빈 분자를 좀 더 자세히 살펴보자.
헤모글로빈 분자는 네개의 철 원자 주위에 정밀하게 모여 있는 1만 개가량의 수소, 탄소, 질소, 황, 산소 원자로 이루어져 있다.
네 개밖에 안 되는 철 원자 주위에 그렇게 많은 원자가 있는 이유는 무엇인가?
우선, 네 개의 철 원자는 전하를 띠고 있으므로 철저히 통제되어야 한다.
전하를 띤 원자 즉 이온이 고정되지 않은 채 이리저리 돌아다니면 세포 내부에 큰 손상을 입힐 수 있다.
따라서 네 개의 철 이온은 각각 단단한 평면체의 중앙에 안전하게 고정되어 있다.
또한 이 네 개의 평면체는 헤모글로빈 분자에 정밀한 방식으로 끼워져 있는데, 그 방식 덕분에 산소 분자는 철 이온에 닿을 수 있지만 물 분자는 그렇지 못한다.
이처럼 수분이 닿지 못하기 때문에 녹 결정이 형성되지 않는 것이다.
헤모글로빈 분자 안에 있는 철은 스스로 산소와 결합하거나 떨어질 수 없다.
하지만 전하를 띤 네 개의 철 원자가 없다면 헤모글로빈 분자의 나머지 부분은 무용지물에 지나지 않을 것이다.
철 이온들이 헤모글로빈 분자에 정확히 끼워져 있어야만 혈류를 통해 산소가 공급될 수 있다.
적혈구는 동맥을 떠나 신체 조직 깊숙한 곳에 있는 미세한 모세 혈관에 도착하면서 새로운 환경을 접하게 된다.
이곳은 폐보다 따뜻하고 산소가 적으며, 주위에 이산화탄소가 많아서 산성도가 놓다.
적혈구의 헤모글로빈 분자는 그러한 변화를 감지하면 소중한 승객인 산소를 내려 줄 때가 되었다는 것을 알게 된다.
헤모글로빈 분자는 산소 분자를 내보내고 나서 다시 한 번 모양이 달라진다.
그러한 변화를 통해 헤모글로빈 분자의 "문이 닫히고" 산소는 필요한 곳에 남게된다.
또한 문이 닫혀 있기 때문에 헤모글로빈은 폐로 돌아가는 길에 산소를 싣지 않게 된다.
그 대신 신속히 이산화탄소를 싣고 돌아간다.
얼마 후 , 산소가 빠져나간 적혈구는 다시 폐에 도착한다.
그곳에서 헤모글로빈 분자는 이산화 탄소를 내보내고 생명에 필수적인 산소를 싣는다.
적혈구는 평균 약 120일을 살면서 이 과적을 수없이 반복한다.
영국(오스트리아 빈 출생)
화학자
빈대학교를 졸업한 다음 케임브리지대학교 캐번디시연구소의 분자생물학 연구반에 들어가 W.브랙의 조수로 일하였다(1947).
이것이 계기가 되어 1962년 분자생물학 연구소의 초대 소장이 되었으며 1963~1969년 유럽분자생물학기구의 의장을 역임하기도 했다.
결정(結晶)헤모글로빈의 X선회절에 의한 분자구조 결정(1958) 연구로 유명하다.
헤모글로빈 : 척추동물의 적혈구 속에 다량으로 들어 있는 색소 단백질.
1962년 단백질구조에 관한 연구로 J.켄드루와 함께 노벨화학상을 수상하였다.
"호흡은 아주 간단해 보인다. 하지만 생명체가 살아 있다는 기본적인 증거인 호흡이 이루어지려면 매우 복잡한 고분자 안에서 다양한 종류의 원자가 상호 작용을 해야 하는 것 같다."
호흡은 아주 자연스러운 현상이기 때문에 사람들은 대부분 그에 대해 거의 생각하지 않는다.
하지만 30조 개의 적혈구 각각에 들어 있는 헤모글라빈은 산소를 폐에서 체내 구석구석에 있는 조직들로 운반한다.
인체에 헤모글로빈이 없다면 우리는 한시도 살아 있지 못할 것이다.
헤모글로빈 분자는 적절한 시점에 미세한 산소분자를 실어서 적절한 때까지 안전하게 가지고 있다가 적절한 순간에 내보낸다.
이러한 일이 어떻게 가능한가?
분자들 간에 여러 가지 놀라운 상호 작용이 일어나기 때문이다.
적혈구 속에 있는 개개의 헤모글로빈 분자는 네개의 문이 달려 있고 네 명의 "승객"만 태울 수 있는 조그만 택시에 비할 수 있다.
이 분자 택시는 적혈구 안에서 적혈구와 함께 이동하기 때문에 운전자가 필요 없다.
적혈구는 헤모글로빈 분자를 가득 실은 수송용 컨테이너와 같다.
헤모글로빈 분자의 여행은 폐 안에 있는 폐포에 적혈구가 도착하면서 시작된다.
우리가 들이마신 공기가 폐로 들어가면, 방금 도착한 미세한 산소 분자들이 택시를 잡으려고 몰려든다.
이 분자들은 순식간에 "컨테이너" 즉 적혈구 안으로 들어가 사방으로 흩어진다.
그런데 각 적혈구 안의 헤모글로빈 택시는 모두 문이 닫혀 있다.
하지만 얼마 지나지 않아 산소 분자 하나가 혼잡한 무리를 뚫고 헤모글로빈 택시 안으로 비집고 들어간다.
그러자 매우 흥미로운 일이 일어난다.
적혈구 안에 있는 헤모글로빈 분자의 모양이 바뀌는 것이다.
첫 승객이 들어오자 헤모글로빈 택시의 문이 모두 저절로 열리면서 나머지 승객이 쉽게 탑승할 수 있게 된것이다.
협동 결합이라고 불리는 이 과정은 매우 효율적이어서 한 번 숨을 들이마시는 동안 적혈구에 있는 모든 택시의 "좌석" 가운데 95퍼센트가 채워진다.
적혈구 하나에 들어 있는 2억 5000만개가 넘는 헤모글로빈 분자는 모두 합쳐 약 10억 개의 산소 분자를 운반할 수 있다.
곧이어 헤모글로빈 분자를 실은 적혈구는 귀중한 산소를 필요로하는 신체 조직에 산소를 공급하기 위해 출발한다.
이제 다음과 같은 의문이 생길지 모른다.
'적혈구 속에 있는 산소 원자들이 너무 일찍 빠져나오지 않는 이유는 무엇인가?'
그 이유는 헤모글로빈 분자 안으로 들어간 산소 분자가 기다리고 있던 철 원자와 결합하기 때문이다.
하지만 수분이 있는 곳에서 산소와 철이 만나면 어떤 일이 일어나는지 본 적이 있을 것이다.
대부분의 경우 산화철 즉 녹이 생긴다.
철에 녹이 슬면 산소는 결정 속에 영구적으로 갇히게 된다.
그러면 헤모글로빈 분자는 수분이 많은 적혈구 속에서 어떻게 녹이 생기지 않게 하면서 철과 산소를 결합고 분리하는가?
그에 대한 답을 얻기 위해 헤모글로빈 분자를 좀 더 자세히 살펴보자.
헤모글로빈 분자는 네개의 철 원자 주위에 정밀하게 모여 있는 1만 개가량의 수소, 탄소, 질소, 황, 산소 원자로 이루어져 있다.
네 개밖에 안 되는 철 원자 주위에 그렇게 많은 원자가 있는 이유는 무엇인가?
우선, 네 개의 철 원자는 전하를 띠고 있으므로 철저히 통제되어야 한다.
전하를 띤 원자 즉 이온이 고정되지 않은 채 이리저리 돌아다니면 세포 내부에 큰 손상을 입힐 수 있다.
따라서 네 개의 철 이온은 각각 단단한 평면체의 중앙에 안전하게 고정되어 있다.
또한 이 네 개의 평면체는 헤모글로빈 분자에 정밀한 방식으로 끼워져 있는데, 그 방식 덕분에 산소 분자는 철 이온에 닿을 수 있지만 물 분자는 그렇지 못한다.
이처럼 수분이 닿지 못하기 때문에 녹 결정이 형성되지 않는 것이다.
헤모글로빈 분자 안에 있는 철은 스스로 산소와 결합하거나 떨어질 수 없다.
하지만 전하를 띤 네 개의 철 원자가 없다면 헤모글로빈 분자의 나머지 부분은 무용지물에 지나지 않을 것이다.
철 이온들이 헤모글로빈 분자에 정확히 끼워져 있어야만 혈류를 통해 산소가 공급될 수 있다.
적혈구는 동맥을 떠나 신체 조직 깊숙한 곳에 있는 미세한 모세 혈관에 도착하면서 새로운 환경을 접하게 된다.
이곳은 폐보다 따뜻하고 산소가 적으며, 주위에 이산화탄소가 많아서 산성도가 놓다.
적혈구의 헤모글로빈 분자는 그러한 변화를 감지하면 소중한 승객인 산소를 내려 줄 때가 되었다는 것을 알게 된다.
헤모글로빈 분자는 산소 분자를 내보내고 나서 다시 한 번 모양이 달라진다.
그러한 변화를 통해 헤모글로빈 분자의 "문이 닫히고" 산소는 필요한 곳에 남게된다.
또한 문이 닫혀 있기 때문에 헤모글로빈은 폐로 돌아가는 길에 산소를 싣지 않게 된다.
그 대신 신속히 이산화탄소를 싣고 돌아간다.
얼마 후 , 산소가 빠져나간 적혈구는 다시 폐에 도착한다.
그곳에서 헤모글로빈 분자는 이산화 탄소를 내보내고 생명에 필수적인 산소를 싣는다.
적혈구는 평균 약 120일을 살면서 이 과적을 수없이 반복한다.
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