생명은 왜 소중한가?
지금, 철학이 아닌 ‘단백질’이 응답한다!

갓 태어난 아기 단백질의 모험에서 노쇠한 단백질의 자살까지,
마이크로 코스모스 안에서 벌어지는 놀랍도록 정교하고
눈부시게 아름다운 단백질의 삶과 죽음!

“세포라는 마이크로 코스모스 안에 단백질은 얼마나 함유되어 있을까?
이 답도 또한 천문학적인 숫자로, 60조 개의 세포가 각각 80억 개 정도의 단백질을 갖고 있다고 한다. 이 80억 개는 한번 만들어지면 그것으로 끝이 아니라 분해와 생성을 계속 되풀이하며 신진대사를 하고 있다. (중략) 60조 개나 되는 세포 하나하나의 안에서는 매초마다 엄청난 기세로 단백질이 계속 만들어지고 있다. 우리는 그것을 전혀 의식하지 못하지만 우리가 알지 못하는 곳에서,
그토록 은밀하고 부지런한 활약이 벌어지고 있기에 비로소 우리라는 존재가 있는 것이다.”
- <머리말>에서

세포 안에서 펼쳐지는 환상적인 드라마,
먼지보다 작은 단백질의 위대한 일생!

단백질은 잠들지 않는다? 우리들 인간은 하루 8시간 이상 일하고, 나머지 시간은 식사를 하거나 여가 활동을 하거나 잠을 자는 등 휴식을 취하지만, 단백질에게는 휴식 시간이 없다. 24시간 풀타임으로 열심히 일한다. 그럼으로써 우리의 생명이 유지된다. 우리가 인식하지 못하는 작은 세포 안에서 맹렬하게, 끊임없이 ‘열일’하는 단백질의 눈부신 활약 덕분에 우리라는 존재가 유지되고 있는 것이다.
그렇다면, 단백질이란 무엇일까? 탄수화물, 지방과 더불어 3대 영양소로서 쇠고기나 두부, 콩 등에 많이 함유되어 있는 것? 맞는 말이다. 그러나 그것이 전부가 아니다. 영양소의 하나로만 취급받는다면 단백질은 상당히 억울할(?) 것이다. 왜냐하면 단백질은 생체분자의 하나로서 우리의 생명 활동을 만들어내는 중요한 존재이기도 하기 때문이다. 『단백질의 일생』은 세포 수준에서 단백질과 생명 활동을 포괄적으로 풀어서 설명한다. ‘세포 내의 부지런한 일꾼’ 단백질의 세계를 평생 파헤쳐온 ‘단백질 전문가’인 저자는 그 신비하고 정교한 생명 활동의 비밀을 알기 쉬운 언어로 찬찬히 풀어서 들려준다.

내 몸 안의 열정적인 ‘일꾼’ 단백질,
그들의 탄생에서 죽음까지를 낱낱이 추적한다!

모든 생명체와 마찬가지로 단백질도 탄생과 성장, 죽음이라는 과정을 겪는다. 인간의 일생과 단백질의 일생은 싱크로율 100%를 자랑하는 셈이다. 본문에서는 먼저 1장과 2장에서 단백질의 관점에서 현대 생명과학의 기초를 설명하고 3장부터 본격적으로 단백질 이야기를 시작한다. 3장에서 6장은 각각 ‘성장’, ‘수송’, ‘윤회전생’, ‘품질관리’라는 제목 그대로 단백질의 ‘일생’을 순차적으로 서술한다. 3장 ‘성장’에서는 한 줄의 아미노산 사슬이 어떻게 3차원으로 접혀서 단백질 구조를 이루는가를 알려준다. ‘구슬이 서 말이라도 꿰어야 보배’라는 속담이 있지만 아미노산은 꿰기만 해서는 보배가 되지 못하고 접혀야만 비로소 어엿한 단백질로 탄생한다.
4장 ‘수송’에서는 단백질의 여행이 펼쳐진다. 3차원으로 접혀서 만들어진 단백질이 ‘일자리’를 찾아가는 과정이다. 이것은 현대 사회의 택배 시스템과 대단히 유사하다. 우리는 어마어마하게 많은 물건들을 잽싸게 분류해 하루 만에 배달하는 현대 사회의 택배 시스템에 감탄하지만, 세포 내 단백질 수송 시스템의 정교함에는 비할 바가 못 된다.
5장 ‘윤회전생’에서는 제 할 일을 다 한 단백질이 어떻게 최후를 맞이하거나 재활용되는가를 살펴본다. 오늘날 사회적으로 쓰레기 처리가 큰 골칫거리인데, 우리의 세포 안에서 벌어지는 단백질의 폐기와 재활용 사이클을 참조해봄직하다. 그야말로 정교하고 효율적이기 때문이다.
끝으로 6장 ‘품질관리’에서는 단백질이 잘못 만들어지거나 변형됐을 때 어떤 일이 벌어지는가를 그리고 있다. 몇 년 전에 전 세계를 떠들썩하게 했던 ‘BSE(소해면상뇌증; 예전 광우병)’나 알츠하이머병, 당뇨병도 단백질의 품질관리에 문제가 생겨서 발병한다. ‘단백질 연구’에 도전하는 것은 이러한 불치병의 극복으로 이어지는 멋진 도전이기도 한 것이다.

생명이란 무엇인가? 그리고 생명은 왜 소중한가?
지금, 철학 대신 ‘단백질’이 응답한다!

전통적으로 존재의 정의나 생명의 의의 등에 대해 답을 구하는 것은 철학의 영역이었다. 그러나 21세기 눈부신 과학의 발전으로 이제 우리는 그 답을 생물학에서도 찾을 수 있게 되었다. 생물학이 들려주는 생명의 구조, 놀랍도록 정교하고 아름다운 ‘마이크로 코스모스’의 세계를 알게 되면 ‘생명이 왜 소중한가’에 대해 철학에 버금가는 깨달음을 얻을 수도 있을 것이다. 『단백질의 일생』을 읽으면 우리는 생명이 얼마나 소중하고 놀라운지, 그리고 인간에 대한 혐오, 약자에 대한 폭력이나 아동 학대 등이 왜 문제인가를 생물학의 관점에서 답을 찾아낼 수 있게 된다. 작가 생텍쥐페리는 「어린 왕자」에서 ‘정말 중요한 것은 눈에 보이지 않는다’고 했다. 이 말은 세포생물학에도 들어맞는다. 단백질은 세포 안에서 묵묵히 최선을 다해 책무를 완수함으로써 우리의 존재를 생명의 최전선에서 책임지고 있는 멋진 존재다. 그런 의미에서 『단백질의 일생』은 교양과학서로의 즐거운 지적 독서뿐만 아니라 인간의 마음에 입은 수많은 상처를 치유하고 내일을 살아갈 힘을 얻는 치유서로도 한몫을 할 것이다.

단백질은 대단히 개성이 풍부한 존재다. 아미노산 배열의 차이는 구조나 기능의 차이로 나타나며 표정과 작용도 그야말로 천차만별이다. DNA가 오로지 암호를 복사하거나 읽어내는 조용한 독서파라면, 단백질은 자신의 몸을 제공하여 실제로 다양한 노동에 종사하고 있다. 모든 생명 활동에 단백질은 필수이다. 세포 내의 모든 인프라나 단백질 자신의 생산이나 관리, 다양한 정보를 받아들이고 전달하고 제어하는 등, 생명 활동에서 단백질이 관여하지 않는 부분은 단 한 군데도 없다고 말해도 좋을 것이다. - <마치며>에서

세포라는 마이크로 코스모스 안에 단백질은 얼마나 함유되어 있을까? 이 답도 또한 천문학적인 숫자로, 60조 개의 세포가 각각 80억 개 정도의 단백질을 갖고 있다고 한다. 이 80억 개는 한번 만들어지면 그것으로 끝이 아니라 분해와 생성을 계속 되풀이하며 신진대사를 하고 있다. 가장 활동적인 세포의 생성 속도는 1초에 수만 개라는 계산이 있다. 1밀리미터의 100분의 1 정도 크기의 세포, 그 하나의 세포가 단지 살아가기 위해서만 80억 개나 되는 단백질이 필요한 것이다.
60조 개나 되는 세포 하나하나의 안에서는 매초마다 엄청난 기세로 단백질이 계속 만들어지고 있다. 우리는 그것을 전혀 의식하지 못하지만 우리가 알지 못하는 곳에서, 그토록 은밀하고 부지런한 활약이 벌어지고 있기에 비로소 우리라는 존재가 있는 것이다. (중략)
단백질, 하면 일반적으로 쇠고기나 돼지고기 같은 고기, 또는 콩 따위 식물성 단백질 등 먹거리를 연상한다. 그러나 단백질은 먹거리로만 중요한 것이 아니라 우리의 세포를 가장 작은 단위로 하는 ‘생명’의 영위를 담당하는 가장 중요한 일꾼이다. - <머리말>에서

 

감수의 말
머리말 - 세포 안의 일꾼, 단백질

제1장. 단백질이 사는 세계- ‘세포’라는 소우주
우리에게 친숙한 단백질부터 · 소재가 되는‘아미노산’ · 한 줄의 ‘끈’ · 헤아릴 수 없는 종류의 단백질 · 골격도 단백질, 효소도 단백질 · 일꾼, 단백질 · 세포생물학 · 세포의 조건 · 생체의 계층구조 · 동물도, 식물도 · 세포의 구조 · 단백질을 만드는‘소포체’ · 미토콘드리아 · 공생세균, 미토콘드리아가 되다 · 세포의 진화 · 공생관계의 성립 · DNA란 무엇인가 · DNA의 정보량 · 모든 것은 단백질을 위해서

제2장. 탄생 - 유전암호를 해독하다
이중나선 모델의 충격 · DNA의 암호로부터 · 센트럴 도그마 · 뛰어난 정보 보존 시스템 · DNA의 복제 · DNA의 실을 감다 · RNA의 작용 · RNA 세계 · 전사 프로세스 · 코돈, 정보의 번역 단위 · 암호
의 시작점과 종결점 · 번역 기계 리보솜 · 운반RNA(tRNA) · 시간이 얼마나 걸릴까 · 시험관 내 번역 장치

제3장. 성장 - 세포 내의 훌륭한 조연, 분자 샤프롱
분자 샤프롱의 발견 · 접어서 모양 만들기 · 4개의 계층 · 친수성, 소수성 · 접힘의 대원칙 · 안핀슨의 도그마 · 시험관 안, 세포 안 · 단백질의 응집 · 보호자 역할, 분자 샤프롱 등장 · 열충격단백질에서 스트레스단백질로 · 스트레스단백질에서 분자 샤프롱으로 · 대장균에서 작용하는 샤프롱 · 요람 안에서의 접힘 · ‘전기 떡메’의 구조 · 올바르게 접히기는 이토록 어렵다 · 스트레스단백질 · 단백질 수리공 · 삶은 달걀이 날달걀로! · 샤프롱의 작동 원리는 3가지 · 뇌허혈 · 스트레스 내성의 획득 · 이식수술에 응용 · 암 치료와 스트레스단백질 · 온열요법의 실제 · 호열균의 스트레스단백질 · 생명을 지키는 시스템 · 스트레스 응답의 구조

제4장. 수송 - 세포 내 물류 시스템
정교한 ‘수송’시스템 · 수신처 쓰는 법 - 엽서 방식과 소포 방식 · 단백질의 수송 경로 · 인지질의‘막’ · ‘채널’을 만드는 막단백질 · 신호 가설 · 동시번역수송 - 바늘귀 꿰기의 묘기 · 당사슬의 부가 - 단백질의 화장 지우기 · 소포체 안에서의 접힘 · 클립으로 고정 - 이황화결합 형성 · 세포의 ‘안이 되는 외부’ · ‘소포형’의 꼬리표 - 택배의 편리함 · 화물 수송 레일과 모터 단백질 · 세포 내 교통의 상행과 하행 · 유통센터, 골지체 · 골지체에서의 반송 · 밖에서 안으로 - 엔도사이토시스 · 인슐린 분비 · 콜라겐의 합성 · HSP47의 발견 · 분자 샤프롱과 질병 · 미토콘드리아로 수송 · 안으로 끌어당기는 래칫 · 자유롭게 드나드는 핵 수송 · 수송 인프라는 생명 유지의 기반

제5장. 윤회전생 - 생명 유지를 위한 ‘죽음’
불로장수의 꿈 · 단백질의 수명 · 교체되는 단백질 · 매일매일 다시 태어나는 세포 · 아미노산의 리사이클 시스템 · 분해 신호의 이름은 PEST 배열 · 세포 주기에 필요한 단백질 분해 · ‘시계 유전자’ · 초파리의 시간 유전자 · 시각을 맞추는 장치 · 자기를 먹어서 살아남는다 · 선택적으로 분해할까, 한꺼번에 분해할까 · 유비퀴틴은 분해의 표식 · 분해 기계 프로테아좀 · 우수한‘고리 모양 분자 기계’ · 대식가 오토파지 · 분해의 안전장치 · 세포의 죽음 · 단백질의 윤회전생

제6장. 단백질의 품질관리 - 그것의 파탄으로서의 병리
‘품질관리’의 필요성 · 리스크 매니지먼트 · 공장의 품질관리 · 세포 내의 4단계 품질관리 · 불량품이 생긴 경우 · 첫 번째 전략 - 생산 라인의 정지 · 두 번째 전략 - 수리공 샤프롱의 유도에 의한 재생 · 세 번째 전략 - 폐기 처분 · 네 번째 전략 - 공장 폐쇄 · 품질관리의 ‘시간차 공격’ · 품질관리의 파탄으로서의 병리 · 혈우병 · 접힘이상병의 발견 · 신경변성 질환 · ‘빨간 구두’병 · 폴리글루타민병 발병 메커니즘 · 재생할 수 없는 신경세포 · 알츠하이머병 · 여러 가지 해면상뇌증 · 인간 프리온병 · 전파형 프리온 · 프리온의 감염력 · BSE의 위협 · 프리온과 분자 샤프롱 · 알츠하이머병의 메커니즘 · 새로운 치료법을 향해

마치며