단백질 혁명

단백질 혁명 - 인체 원리에서 신약 개발까지, 바이오 시대를 이끄는 새로운 과학
김성훈 지음 / 웅진지식하우스 / 2025년 7월

《단백질 혁명》은 단백질 연구의 세계적인 권위자인 김성훈 교수가 쓴 책으로, 단백질의 본질과 기능, 단백질의 무궁무진한 역할에 대해 이야기하고 있다.

사실 단백질에 대해서는 막연하게 우리 몸을 구성하는 중요한 성분이라는 정도만 알고 있었는데, 책을 읽어보니, 유전자가 그려낸 설계도를 단백질이라는 건물로 재현한 것이라는 표현처럼 생명활동의 거의 대부분을 차지하고 있음을 알았다.

“DNA(데오시리핵보산)의 유전 정보가 RNA(리보핵산)를 통해 단백질 합성으로 이어지는 정보의 흐름은 생명체가 생존하는 데 가장 중요한 생명 활동이다.

DNA 구조 내에 저장된 유전자 정보는 메신저 역할을 하는 mRNA에 복사되어 세포질로 나간 후, 거기서 아미노산을 이용한 단백질 합성을 통해 형상화된다. 이 과정이 지구상 거의 모든 생명체가 사용하는 ‘생명의 중심 원리 central dogma’다.”-7쪽

이처럼 단백질은 생명체의 주요 구성 요소이자 대사 과정, 면역 시스템까지 모두 관여한다.

즉 생명체 안에서 일어나는 대부분의 생명 유지 과정을 수행하고 통제한다.

이 책은 이런 단백질이 무엇이며, 우리 몸에서 어떤 역할을 하는지, 단백질을 통해 어떤 기적 같은 일들이 일어나는지 알려준다. 그리고 앞으로 단백질에 관한 연구가 어떻게 진행되는지도 짚어준다.

책의 첫 장에서는 생명의 첫 번째 암호가 유전자라면 두 번째 암호는 단백질이라고 말한다.

1953년 DNA의 이중나선 구조가 처음 밝혀진 이후 생명과학의 연구는 주로 생로병사의 비밀을 쥐고 있는 인간의 유전체 지도를 완성하기 위해 노력해 왔다. 하지만 유전체 분석 기술을 혁신적인 발전을 이뤄 오늘날에는 누구나 자신의 유전체 정보를 알 수 있는 세상이 되었다. 하지만 여전히 암은 존재하고, 치매도 두려운 질병이며 새로운 질환도 생겨난다. 유전자의 정보로 인간의 생로병사가 결정되지 않기에 그러하다. 실제로 동일한 유전자를 갖고도 환경이나 상황에 따라 매우 다른 형태와 생로병사의 길을 가게 된다. 이 차이는 바로 생명의 두 번째 암호인 단백질의 발현 양상이 다르기에 생명체의 모습과 생애가 달라지기 때문이다. 그래서 현대 생명과학의 주요 연구 대상은 단백질이며, 단백질의 합성과 분해 과정, 구조 형성과 변형 과정을 이해하려고 한다. 실제 지난 25년간 노벨 화학상의 약 40퍼센트가 단백질 관련 연구였다고 하니 얼마나 중요한 분야인지 알겠다. (26쪽)

우리 몸을 구성하는 단백질은 유전 정보에 따라 아미노산이라는 일종의 블록으로 쌓아진 최종산물이다. 이러한 단백질은 유리 몸에서 다양한 기능, 즉, 우리 몸의 구조를 형성하거나 몸속에서 일어나는 화학 반응의 촉매가 되거나 각 기관에 필요한 물질을 나르는 운반자 역할을 하거나 병원체로부터 우리 몸을 지키는 역할을 하기도 한다. (45쪽)

이렇게 단백질이 다양한 기능을 하는 데는 단백질들이 3차원 구조를 형성하기에 가능하다고 한다. 그리고 단백질의 3차 구조는 각 단백질의 구성 요소인 아미노산의 서열에 의해 결정되고, 이 아미노산의 균형 잡힌 공급이 건강한 신체를 유지하는 데 아주 중요하다.

지구상에는 수백 가지의 아미노산이 존재하지만, 생명체들은 그중 20가지만 단백질을 만드는 데 사용한다고 한다. 인간의 몸도 21개의 아미노산으로 만들어진 단백질 구조물인데 이 아미노산이 충분히 있어야 건강이 유지될 수 있다. 하지만 우리 몸에서 만들 수 있는 아미노산 중 12개는 우리 몸에서 만들어질 수 있으나 9개 아미노산은 반드시 외부로부터 보충해야 한다. 이를 필수 아미노산이라고 부른다. 책에서 나오는 필수 아미노산에 관한 재미있는 사례로 고양이를 들고 있는데, 타우린은 고양이에게 필수 아미노산이고 이것이 풍부한 생선을 무척 좋아한다고 하니 고양이의 생존을 위한 본능이었던 것이다. 그리고 우리 몸에서 우울함이나 불안을 완화하는 세로토닌이라는 신경전달물질이 있는데 이것의 원료가 트립토판이라는 아미노산이다. 트립토판은 돼지고기나 소고에 많이 함유되어 있다고 하니 세로토닌의 분비가 필요한 우울한 날에 고기 파티를 여는 것도 좋겠다.

이 밖에도 다양한 사례를 통해 단백질의 새로운 발견과 혁신도 접할 수 있다. 그중 이전에는 없던 단백질을 합성하여 새로운 단백질을 만들어 내는 노력이 인상 깊었다. 코로나 백신으로 유명한 합성 mRNA 백신, 개똥쑥의 유전자를 발현하는 효모, 세포에서 생산하는 인공육과 같이 자연계에는 존재하지 않는, 그야말로 생명을 창조하는 ‘합성생물학’ 영역은 또 다른 단백질 연구의 미래를 개척하고 있어 기대된다. 이 합성생물학 분야에서 생산이 어려운 항암제, 항체, 의약품부터 화석 에너지를 대체하는 바이오 에너지도 생산할 수 있다고 하니 어서 현실화하였으면 싶다. 과연 합성 생명체가 만들어 낸 미래는 어떤 미래일지 자못 궁금해진다.

단백질은 우리 건강이나 생활과 직결되는 것들이 많고, 이에 관한 연구가 만들어 갈 미래는 실로 무궁무진하다는 걸 이 책을 통해 쉽게 접할 수 있었다. 이러한 단백질 혁명에 동참하는 첫발을 이 책을 통해 들여놓으면 좋을 거 같다. 생명과학, 생명공학에 관심이 있는 이들뿐 아니라 누구라도 쉽게 흥미진진한 단백질의 세계에 빠질 수 있도록 쉽게 쓰인 책이라 강력하게 추천한다!