구조생물학
1. 개론
생체 고분자, 특히 단백질의 3차원 입체구조를 해석하여 기능을 이해하고 규명하는 생물학의 한 분야이다. 단백질 결정학, NMR, Cryo-EM 등의 기법이 원자 수준의 해상도로 구조를 해석하는데 사용되고 있다.
2. 단백질 결정학 (X-ray crystallography)
단백질 결정학은 단백질을 결정화 하여 구조를 분석하는, 구조생물학의 한 분야이다. 단백질 구조를 풀기 위한 여러 방법들 중에서 유일하게 결정(Crstal)을 필요로 한다. 결정이란 균일한 형태로 물질이 차곡차곡 포개진 형태를 의미한다. 이러한 결정에 X선을 조사하게 되면 X선 산란이 일어나게 되고, 산란된 결과 중에서 보강간섭이 일어나는 형태의 결과만이 검출기(detector)에 점의 형태(위의 그림처럼)로 나타나게 된다. 구조생물학자는 이러한 데이터를 모아서 단백질 전체의 구조를 분석하게 된다.
3. 초저온전자현미경(cryoEM)
구리나 금으로 된 격자판 (grid)에 단백질 용액을 급속 냉각시켜 유리질로 얼려진 샘플을 전자현미경을 통해 구조를 분석하는 방법이다. 전자 현미경 이미지에서 단백질 입자의 이미지 모은 후 (particle picking) 이를 방향에 따라 모아 평균 시킨 후 (2d classification) 3차원 모델을 만들어 구조를 풀어 내는 방법이다. 단백질 결정학에서 가장 큰 병목지점인 단백질 결정을 만들 필요가 없는게 가장 큰 장점이며, 전자현미경 특성상 큰 입자가 더 잘 보이기 때문에 단백질 결정을 만들기 힘든 거대복합체(macro complex)의 구조를 푸는데 유리하다. 또한 샘플도 상대적으로 적게 필요하는 등의 장점이 있다.
13-14년 Resolution revolution 이후 구조를 풀기 어려운 세포막 단백질 구조를 푸는데 이용되고 있으며 현미경과 컴퓨터의 발전으로 급 부상하고 있다.