: 화학정보

화학이야기: 화학관련 정보를 알려드립니다; 대명이 쓰는 화학이야기, 여러분과 함께 나누고 싶습니다.

거미줄 섬유 모델

Posted at 2005-12-04 03:30:59

거미줄 방탄조끼로 날아드는 총알을 막아낼 수 있을까? 거미는 부상을 입은 운동선수를 위해 새로운 신경연계조직을 자아낼 수 있을까? 아직은 아니지만 과학자들이 이에 대하여 연구하고 있다. 지난 4월 한 연구팀이 거미줄은 축축한 분자 스프링의 복잡한 네트워크로 이루어져 있음을 보고하였다[Nat. Mat., 2, 278(2003)]. 이 연구는 거미줄이 어떻게 작용하는가와 경우에 따라서 실험실적으로 거미줄을 합성할 수 있는 길에 대한 통찰을 제공한다.&nbsp; 과학자들은 수십 년 동안 거미줄에 대하여 연구해오면서 어떻게 이 나노미터 크기의 생분해성 실이 같은 무게의 고강도의 강철사보다 더 강하고 10배의 길이로 늘어날 수 있을 만큼 탄성이 우수한가에 대해 이해하고자 하였다. 이 놀라운 섬유는 잠재적으로 경량의 방탄복이나 강인한 생분해성 붕대, 심지어는 인조힘줄을 만드는데 사용될 수 있다.&nbsp; "거미가 하듯 거미줄을 만들기란 어렵다"고 연구팀의 일원인 캘리포니아대(리버사이드)의 생물학 조교수 세릴 하야시는 말한다. 실험실적으로 실제 거미줄과 동일한 인장강도를 지닌 섬유를 만든 예는 없다. 잠사와는 달리 거미줄은 공동사육장으로부터 생산해낼 수 없다. 대부분의 거미들은 자신의 영역을 가지며 육식이고 서로를 죽인다. 게다가 원형의 거미줄을 짓는 거미는 7 유형의 거미줄을 잣는다. 이 거미줄들은 유전적으로 놀랄 만큼 유사하지만 탄성과 기타 물성에서 각각 독특하다. 이렇게 서로 다른 거미줄들이 한데 엉켜 하나의 섬유를 형성하므로, 거미줄을 공업적으로 대량생산한다는 것은 매우 어려운 일이다.&nbsp; 연구팀을 이끈 캘리포니아대(산타바바라)의 생물물리학자 헬렌 한스마는, 거미를 사육하여 거미줄을 얻는 것은 가능하다고 말한다. 거미를 마취시킨 다음 해부용 바늘로 자극하면 거미는 계속하여 거미줄을 뽑아낸다. 그러나 이 방법으로 상업적인 규모의 거미줄을 생산한다는 것은 여전히 지루하기 짝이 없는 방법이며 또 오직 한 가지의 거미줄만을 생산할 수 있을 뿐이다. 따라서 대부분의 노력은 거미의 유전자를 박테리아와 같은 호스트에 이식하는 유전공학적 방법에 집중되어왔다.&nbsp; 대부분의 거미줄은 완전히 단백질로 구성되어있다. 거미는 농축된 액상의 단백질을 만들어 그것을 몸밖으로 내보낸다. 몸밖으로 나오면서 단백질은 고체가 된다. 가장 널리 연구된 방사형 거미집의 거미줄은 고흡습성의 끈적이는 코팅으로 인해 늘 축축하여 특히 탄성이 높다. 아직도 밝혀지지 않은 것들 중 하나는 이 고체 단백질 섬유에 놀라운 특성들을 부여하는 섬유의 분자구조이다.&nbsp; 하야시는 거미줄이 특별히 높은 탄성을 보이는 이유는 거미줄 내에 섬모상 단백질이 넓은 범위에 걸쳐 β-나선형 서열을 지녔기 때문이라고 가정하였다. 이 나선은 단백질이 늘어나거나 되돌아가게 하는 분자 스프링으로 작용할 수 있다. 하야시가 어떤 세미나에서 한스마를 만났을 때 그들은 서로 협력하여 거미줄 분자모델을 만들기로 하였다.&nbsp; 연구팀은 원자현미경을 이용하여 거미줄을 당기거나 놓을 때 거미줄 분자가 어떻게 거동하는가를 관찰하였다. 연구팀은 새롭게 자아진 거미줄을 슬라이드 글라스로 누르고 일정 부분을 잘라 섬유 가닥들을 모은 다음 분자력 탐침(molecular force probe)이라 불리는 원자력현미경의 캔틸레버 날개(arm)의 말단을 가닥 속으로 눌러 날개에 거미줄 분자가 달려오게 하였다. 다음으로 캔틸레버로 연속하여 거미줄 분자를 늘렸다 놓았다 하며 연신에 대한 힘의 곡선을 얻었다.&nbsp; 결과적으로 얻은 곡선은 톱니 형상을 나타냈다. 이는 단백질이 늘어나면서 파열 현상이 발생함을 의미한다. 단백질 분자가 늘어나면서 '희생적(sacrificial)' 수소결합이 끊어지면서 응력을 감소시키고, 그에 따라 그전에는 숨겨져 있던 폴리펩티드 길이가 늘어나는 것이다. 이와 같은 톱니 패턴은 같은 분자 시료를 당길 때 매번 나타나는데, 이는 거미줄이 이완되면 희생결합이 복원됨을 암시한다.&nbsp; 얻어진 곡선은 거미줄이 늘어나고 이완될 때 기하급수적인 변화가 있음을 보여주었다. 이러한 거동은 인체 근섬유의 연신에 따른 힘의 증가와는 다른 거동이다. 엔트로피적(entropic) 분자스프링 모델로 설명되는 근섬유 모델과는 달리 연구팀은 거미줄 모델로서 아미노산 서열의 중재물(intervening spacer)에 의해 결합된 섬모형 β-나선 스프링의 가교 네트워크를 제안하였다. 이 모델이 비록 완전하지는 않다 하더라도 거미줄을 이해하는 시작점이 될 것임에는 틀림없다.&nbsp;

ㆍ총구매액	0 원
ㆍ적립금	0 원
ㆍ할인쿠폰	0 원

ㆍ장바구니	0 개
ㆍ위시리스트	0 개