뉴스 | 중성 분자가 전하를 띤 것처럼 행동할 수 있을까? 미국 연구팀, 기존 생화학 이론에 도전
매사추세츠대학교 애머스트 캠퍼스가 주도한 연구에서 폴리양쪽성 이온 고분자에 대한 오랜 견해에 의문을 제기했습니다. 전기적으로 중성으로 여겨져 왔지만, 이 고분자들은 전하를 띤 입자처럼 전기장 속에서 이동했습니다. Nature Communications에 발표된 이 연구는 단백질과 탄수화물 분석, 약물 전달 및 기타 생의학 분야에 활용될 가능성이 있습니다.
이 연구는 고분자 과학 및 공학 대학원생 이예슬과 교신저자인 머루가판 무투쿠마르 윌머 D. 배럿 교수가 수행했습니다.
중성 고분자가 전하를 띤 것처럼 행동하며 기존의 통념을 뒤집다
폴리양쪽성 이온 고분자는 양전하와 음전하를 모두 포함하는 양쪽성 이온 단위로 구성되지만 전체적으로는 중성이므로, 일반적으로는 전기장 속에서 이동하지 않아야 합니다. 단분자 전기영동 결과는 다음과 같았습니다.
PSBMA는 음전하를 띤 것처럼 행동함
PMPC는 양전하를 띤 것처럼 행동함
즉, 반응이 없을 것으로 예상된 중성 분자들이 특정 방향으로 이동했습니다.
"저는 생체 고분자의 구성 요소인 단백질과 아미노산의 거동을 연구합니다. 분자가 복잡한 세포 환경에서 어떻게 이동하고 소통하는지 이해하는 것은 매우 중요합니다."라고 이예슬은 말했습니다.
중성 분자는 왜 이동할까? 핵심은 "숨은 전하"
연구팀은 그 메커니즘을 밝혀냈습니다.
폴리양쪽성 이온 고분자는 갈비뼈와 같은 구조로 되어 있어 한쪽 전하를 띤 끝부분은 바깥쪽으로 돌출되고 다른 전하는 고분자 주사슬 가까이에 위치합니다. 연구 결과는 다음과 같았습니다.
PSBMA는 갈비뼈 구조의 "끝부분"에 음전하를 가짐
PMPC는 "끝부분"에 양전하를 가짐
다른 전하는 약해져 고분자 주사슬 근처에 대부분 "숨겨져" 있음
따라서 끝부분의 전하가 전기장 속 이동 방향을 결정합니다.
두 번째 돌파구: 세포 내부의 전기장은 균일하지 않다
과학자들은 일반적으로 생체 거대분자 주변의 세포 전해질이 균일한 유전율을 가지므로 각 전하가 동일하게 약해진다고 가정했습니다. 그러나 이 연구에서는 다음과 같은 결과가 나왔습니다.
양전하와 음전하 주변의 국소 유전율이 서로 다름
유전율은 고분자 주사슬 근처에서 크게 낮음
주사슬에서 멀어지고 끝부분에 가까워질수록 유전율이 증가함
이는 세포 내부의 미세한 전기장이 기존에 생각했던 것보다 복잡하며, 분자 상호작용을 하나의 균일한 규칙으로 설명할 수 없음을 시사합니다.
"이번 연구는 생화학의 기본 역학을 이해하는 데 기여합니다. 고분자 주사슬에서 떨어진 거리에 따라 유전율이 변한다는 사실은 아무도 알지 못했습니다. 우리는 이를 관찰하고 그 결과를 정량화했습니다."라고 무투쿠마르는 말했습니다.
단백질 연구와 정밀의학을 위한 새로운 기반
중성 분자가 전하를 띤 것처럼 행동할 수 있다는 발견은 단백질의 조립, 이동 및 상호작용을 바라보는 새로운 관점을 제공합니다. 연구팀은 이 발견이 다음 분야를 발전시킬 수 있다고 밝혔습니다.
뉴스 | 중성 분자가 전하를 띤 것처럼 행동할 수 있을까? 미국 연구팀, 기존 생화학 이론에 도전
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매사추세츠대학교 애머스트 캠퍼스가 주도한 연구에서 폴리양쪽성 이온 고분자에 대한 오랜 견해에 의문을 제기했습니다. 전기적으로 중성으로 여겨져 왔지만, 이 고분자들은 전하를 띤 입자처럼 전기장 속에서 이동했습니다. Nature Communications에 발표된 이 연구는 단백질과 탄수화물 분석, 약물 전달 및 기타 생의학 분야에 활용될 가능성이 있습니다.
이 연구는 고분자 과학 및 공학 대학원생 이예슬과 교신저자인 머루가판 무투쿠마르 윌머 D. 배럿 교수가 수행했습니다.
중성 고분자가 전하를 띤 것처럼 행동하며 기존의 통념을 뒤집다
폴리양쪽성 이온 고분자는 양전하와 음전하를 모두 포함하는 양쪽성 이온 단위로 구성되지만 전체적으로는 중성이므로, 일반적으로는 전기장 속에서 이동하지 않아야 합니다. 단분자 전기영동 결과는 다음과 같았습니다.
PSBMA는 음전하를 띤 것처럼 행동함
PMPC는 양전하를 띤 것처럼 행동함
즉, 반응이 없을 것으로 예상된 중성 분자들이 특정 방향으로 이동했습니다.
"저는 생체 고분자의 구성 요소인 단백질과 아미노산의 거동을 연구합니다. 분자가 복잡한 세포 환경에서 어떻게 이동하고 소통하는지 이해하는 것은 매우 중요합니다."라고 이예슬은 말했습니다.
중성 분자는 왜 이동할까? 핵심은 "숨은 전하"
연구팀은 그 메커니즘을 밝혀냈습니다.
폴리양쪽성 이온 고분자는 갈비뼈와 같은 구조로 되어 있어 한쪽 전하를 띤 끝부분은 바깥쪽으로 돌출되고 다른 전하는 고분자 주사슬 가까이에 위치합니다. 연구 결과는 다음과 같았습니다.
PSBMA는 갈비뼈 구조의 "끝부분"에 음전하를 가짐
PMPC는 "끝부분"에 양전하를 가짐
다른 전하는 약해져 고분자 주사슬 근처에 대부분 "숨겨져" 있음
따라서 끝부분의 전하가 전기장 속 이동 방향을 결정합니다.
두 번째 돌파구: 세포 내부의 전기장은 균일하지 않다
과학자들은 일반적으로 생체 거대분자 주변의 세포 전해질이 균일한 유전율을 가지므로 각 전하가 동일하게 약해진다고 가정했습니다. 그러나 이 연구에서는 다음과 같은 결과가 나왔습니다.
양전하와 음전하 주변의 국소 유전율이 서로 다름
유전율은 고분자 주사슬 근처에서 크게 낮음
주사슬에서 멀어지고 끝부분에 가까워질수록 유전율이 증가함
이는 세포 내부의 미세한 전기장이 기존에 생각했던 것보다 복잡하며, 분자 상호작용을 하나의 균일한 규칙으로 설명할 수 없음을 시사합니다.
"이번 연구는 생화학의 기본 역학을 이해하는 데 기여합니다. 고분자 주사슬에서 떨어진 거리에 따라 유전율이 변한다는 사실은 아무도 알지 못했습니다. 우리는 이를 관찰하고 그 결과를 정량화했습니다."라고 무투쿠마르는 말했습니다.
단백질 연구와 정밀의학을 위한 새로운 기반
중성 분자가 전하를 띤 것처럼 행동할 수 있다는 발견은 단백질의 조립, 이동 및 상호작용을 바라보는 새로운 관점을 제공합니다. 연구팀은 이 발견이 다음 분야를 발전시킬 수 있다고 밝혔습니다.
질병 조기 진단
정밀 약물 전달
단백질 및 탄수화물 분석과 식별
생체분자 선별 및 분리
이 연구는 미국 국립과학재단(NSF)과 공군 과학연구국(AFOSR)의 지원을 받았습니다.
기사 출처:
온라인 수집