노벨상 수상자
에드먼드 H. 피셔(Edmond H. Fischer, 1920~)
미국의 생화학자.
1947년에 제네바 대학교에서 쿠르트 메이어의 지도 아래 화학으로 박사학위를 취득한 후, 동 대학교에서 연구하였다. 1950년에 미국으로 이주하여 시애틀에 있는 워싱턴 대학교에서 공동 수상자 에드윈 크레브스와 함께 생화학을 연구하면서 단백질 인산화에 의해 근육에 저장되어 있던 글리코겐이 고에너지를 갖는 당분으로 유리된다는 사실을 발견하였다. 대학교 교수로 재직하면서 인산기를 제거하는 독특한 형태의 단백질을 분리하였다.
에드윈 제러드 크레브스(Edwin Gerhard Krebs, 1918~)
미국의 생화학자.
일리노이 대학교에서 생화학을 공부하였으며, 1943년에 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의과대학을 졸업하였으며, 세인트루이스에 있는 반스 병원에서 실습하였으며, 제2차 세계대전에는 해군 군의관으로 참전하였다. 1957년에 워싱턴 대학교 교수가 되었다. 1968년부터 1977년까지 캘리포니아 공과대학에서 재직한 후, 다시 워싱턴 대학교에서 재직하였다. 공동 수상자 에드먼드 피셔와 함께 생화학을 연구하면서 단백질 인산화에 의해 근육에 저장되어 있던 글리코겐이 고에너지를 갖는 당분으로 유리된다는 사실을 발견하였다.
노벨상 시상 연설
전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 생리·의학상을 수상하는 연구 주제는 가역적인 단백질 인산화 반응에 관한 것입니다. 이것은 어떤 의미일까요? 그리고 인산화는 어떻게 이루어지는 것일까요?
우선 단백질에 대해 이야기해 보겠습니다. 단백질은 우리 몸의 조직에서 일꾼과도 같은 역할입니다. 우리 몸은 세포들로 이루어져 있으며 각 세포들은 하나의 작은 공동체입니다. 우리가 일반적으로 생각하는 사회 공동체와 세포의 공통점은 끊임없는 활동입니다. 사회 공동체 안에는 교통, 에너지의 생성, 생산, 그리고 폐기물 처리 등에 관한 체계가 잘 마련되어 있습니다. 그리고 이 모든 일을 처리하는 주체는 바로 사람들입니다.
마찬가지로 세포 안에서는 단백질들이 이와 같은 일을 합니다. 그들은 어떻게 그 기능을 수행하는 것일까요? 단백질도 사람과 마찬가지로 다른 구성 요소들과 상호작용하면서 일을 합니다. 마치 비행기 조종사가 관제소의 지시를 인식하고 그에 반응하는 것처럼, 단백질들도 상호작용할 파트너를 인식하고 그들과 결합하여 반응을 일으키게 됩니다.
이제 인산화에 대해 살펴보겠습니다. 단백질에 한 개 또는 몇 개의 작은 인산기가 결합되면 그 단백질의 특성이 변합니다. 사람과 비교해 본다면, 인산화는 아마도 발레 슈즈와 같다고 할 수 있습니다. 발레 슈즈는 작은 신발에 불과하지만 그것을 신은 사람에게는 드라마틱한 효과를 나타냅니다. 즉 발의 모양이 달라지고 춤을 추게 됩니다.
올해의 노벨상 수상자인 에드먼드 피셔 교수님과 에드윈 크레브스 교수님은 1950년대에 이와 같은 원칙을 설명하였습니다. 그들은 단백질 인산화에 의해 근육에 저장되어 있던 글리코겐이 고에너지를 갖는 당분으로 유리된다는 사실을 발견하였습니다. 그 후로 이 현상은 모든 세포 활동에서 명백하게 나타나는 일반적인 원칙이 되었습니다. 오늘날 우리는 생명과학계의 상당 부분에 단백질 인산화가 관련되어 있음을 알고 있습니다.
그렇다면, 왜 이런 조절 작용이 인산기와의 결합으로 일어나는 것일까요? 이 과정의 한 가지 장점은 가역적이라는 점입니다. 즉 발레 슈즈는 벗었다 신었다 할 수 있으며, 이러한 동작은 여러 차례 반복이 가능합니다. 이와 마찬가지로 단백질 인산화도 양쪽 방향으로 조절이 가능합니다. 또 다른 장점은 반응이 연속적으로 일어날 수 있으며 그 효과가 최종적으로 크게 증폭되는 캐스케이드를 생성할 수 있다는 점입니다. 이는 브레이크에 걸리는 유압식의 증폭에 비유될 수 있습니다. 즉 자동차 페달을 가볍게 밟는 것만으로 무거운 자동차를 멈추게 할 수 있는 것과 같습니다.
크레브스 교수님과 그의 연구팀은 인산화 사슬의 바로 전 단계 단백질도 연구하였습니다. 이는 단백질 세계에 도로 포장을 하듯 인산화에 관한 지식을 얻을 수 있는 기반을 마련해 주는 역할을 했습니다. 한편 피셔 교수님은 또 다른 연구를 통해 인산기를 제거하는 독특한 형태의 단백질을 분리하여 보고하는 성과를 거두었습니다.
그 외에도 인산화에 의한 조절 작용은 또 다른 신호의 영향을 받는다는 장점도 있습니다. 피셔 교수님과 크레브스 교수님이 처음 연구했던 시스템은 우리가 공포에 싸여 도망칠 때 방출되는 스트레스 호르몬으로도 활성화되는 체계였습니다. 또는 다른 이유로 달려가려는 의지적인 행동을 할 때에도 활성화될 수 있습니다. 이 두 경우는 마치 전혀 다른 시스템 안에서 일어나는 세포반응인 것처럼 개별적인 각각의 신호에 의해 인산화를 일으킵니다. 그렇다면 이것이 의학과는 어떤 상관관계가 있을까요?
이에 대한 가장 쉬운 답은 우리가 잘 알고 있는 사회의 경제적 연쇄반응으로 인한 불균형 심화 현상입니다. 이와 비교하여 우리는 고혈압이나 종양과 같은 질병에서 나타나는 인산화의 불균형 현상을 이해하게 됩니다. 처음에는 간이나 근육 내의 글리코겐 저장과 관련하여 이와 같은 상관관계가 밝혀지기 시작했으며 세포 내부의 모든 일반적 조절 과정에서도 그 상관관계는 입증되었습니다. 이는 기초 연구의 중요성을 강조하는 동시에 다목적으로 활용이 가능한 훌륭한 본보기가 되었습니다.
글리코겐 저장과 관련된 단백질 시스템에 관한 연구는 지난 수십 년 동안 노벨상을 여러 번 수상하였습니다. 1947년에는 거티 코리 박사님과 칼 코리 박사님이 효소 촉매작용에 의한 글리코겐의 전환에 관한 연구로 수상하였고, 1971년에는 얼 서덜랜드 박사님이 호르몬의 작용 기전에 관한 연구로 수상하였습니다. 이제 피셔 교수님과 크레브스 두 분 교수님은 생물학적 조절기전으로서의 가역적인 단백질 인산화 반응에 관한 연구로 노벨상을 수상하게 되었습니다.
