청둥오리의 재미있는 생화학-1

청둥오리가 들려주는 생화학

안녕하세요! 공우 블로그 여름 연재를 맡게 된 청둥오리입니다!! 봄 분기에는 4회에 걸쳐 생명공학 기술에 대해 배워봤는데요. 이번에도 화학생물공학부 2학년 전공필수 과목인 생화학 중 생체 신호(Bio signaling)를 소개하려고 합니다. 생체 신호는 생명공학에서 중요한 역할을 합니다. 어떠한 방식으로 세포에 신호가 전달되는지 알아야 세포를 이용한 연구를 진행할 수 있기 때문입니다. 이번 연재 첫 회차에서는 생체 신호의 주요한 특징 몇 가지와 4가지 신호 수용체에 대한 간단한 설명, 그리고 두 번째와 세 번째 회차에서는 신호수용체 중 하나인 GPCR에 대해서 소개하려고 합니다. 그럼 시작해 볼까요?

신호전달의 주요한 특징

생체 신호의 첫 번째 특징은 바로 특이성(Specificity)입니다. 이는 특정 수용체에는 특정한 신호 전달 분자가 결합한다는 뜻입니다. 만약에 수용체 A에 분자 B가 특이적으로 결합한다고 하면, 분자 C가 왔을 때는 수용체 A와 결합하지 않는 것입니다.
두 번째는 모듈성(Modularity)을 지닌다는 것입니다. 생체 신호 전달에 관여하는 단백질들은 여러 도메인으로 이루어져 있고, 이 도메인들은 각각 다른 단백질들과 상호작용할 수 있습니다.
세 번째는 바로 적응성(Desensitization/Adaptation)입니다. 특정한 신호가 지속된다면 수용체는 그 신호에 무감각해져 더는 신호에 반응하지 않습니다. 우리 후각이 특정한 냄새에 익숙해져 더 이상 맡지 못하는 것이 비슷한 예시라고 할 수 있습니다. 하지만, 신호 전달 자극이 특정 수치 밑으로 떨어진다면 수용체는 다시 신호에 민감하게 반응하게 됩니다.
네 번째로는 증대성(Amplification)입니다. 이는 신호가 전달될 때, 자극받는 분자의 수가 증가한다는 것입니다. 예를 들면, 신호가 처음에는 1개의 분자를 자극했다면, 그 분자는 3개의 분자, 또 그 3개의 분자들은 더욱 많은 분자들을 자극합니다.
다섯 번째로는 통합성(integration)입니다. 이는 세포가 여러가지 신호를 동시에 받을 수 있고, 이를 통합하여 대응한다는 뜻입니다. 여러가지 생체 신호 전달의 결과는 서로 반대되는 작용을 일으키고, 세포와 생물들은 이 신호들을 통합하여 항상성을 유지합니다.
마지막으로는 국소성(Localized response)입니다. 신호 전달을 세포 내에 특정 세포 내 소기관 혹은 위치에 국소시켜 다른 세포에 영향을 주지 않게끔 하는 것입니다.

수용체의 종류

첫 번째는 GPCR(G-protein coupled receptor)입니다. GPCR은 GTP가 결합할 수 있는 G-단백질을 가지고 있습니다. G-단백질은 GTP와 결합 할 수 있고, GDP와도 결합할 수 있습니다. 특정 신호가 GPCR에 도달하면 GPCR이 세포 내에 있는 2차 전달자인 다른 효소들을 활성화합니다.
두 번째로는 세포막에 있는 단백질 수용체입니다. 단백질 수용체는 세포막을 관통하고 있는데, 세포 밖의 부분은 신호 수용체, 세포 내의 부분은 효소 역할을 합니다. 타이로신 키나제 활성(Tyrosine kinase activity)을 가지고 있는 수용체가 대표적인 예시입니다. 이 수용체는 세포 내 특정 단백질의 타이로신의 인산화를 유도합니다. 이러한 수용체에 의해서 조절되는 호르몬으로는 인슐린이 있습니다.
다음으로는 개폐 이온 채널이 있습니다. 세포막에 있는 이 수용체는 특정 리간드(Ligand)의 결합 유무에 따라서 닫히고 열립니다. 대표적인 예시로는 칼슘과 포타슘(칼륨) 이온 채널이 있습니다.
마지막으로 핵 수용체가 있습니다. 이 핵 수용체는 주로 스테로이드 호르몬이 결합하여 특정 유전자의 전사와 번역을 조절합니다. 스테로이드 호르몬의 대표적인 예시로는 성호르몬이 에스트로젠이 있습니다.

오늘은 신호 전달의 특징과 수용체의 종류에 대해서 알아보았는데요. 다음 시간에는 GPCR에 대해서 조금 더 자세히 알아보도록 해요.

용어 정리

2차 전달자: 2차 전달자는 세포 내부에서 신호 전달을 하는 분자들을 말합니다.

키나제(kinase): 단백질의 인산화를 유도하는 효소입니다.

일부 용어들의 한국어 번역은 옳지 않을 수 있다는 점 양해바랍니다. 만약에 일부 단어들에 대해서 궁금증이 생긴다면 괄호 안에 있는 영단어로 검색하면 좋은 검색 결과를 찾을 수 있을 겁니다.

참고문헌

Nelson; Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. 7th edition. W.H. Freeman.USA.2017. 438-440.