골격근의 단백질

골격근의 단백질

 

골격근 섬유를 글리세롤이나 묽은 염용액에 담그면 많은 단백질이 빠져나온다. 이 단백질들은 산소결합 단백질인 미오글로빈(myoglobin)과 해당과정과 관련된 많은 효소들을 포함하고 있다. 그러나 현미경으로 관찰하면 근절의 모양은 변하지 않을 것이다. 그리고 마그네슘 이온, ATP, 칼슘이온과 같은 물질을 공급한다면 수축할 것이다.

고농도의 염으로 근섬유를 처리한다면 미오신(myosin)이라고 하는 많은 양의 단백질이 제거된다. 그러면 근섬유는 더 이상 수축할 수 없고 현미경으로 살펴보면 검은 띠가 사라진 것을 알 수 있다. 그리하여 굵은 필라멘트는 미오신으로 만들어져 있고 수축에 필수적이다.

보다 더 철저한 처리로 액틴(actin)이라는 단백질과 액틴에 결합된 두 가지의 단백질인 트로포미오신(tropomyosin)과 트로포닌(troponin)을 제거할 수 있다. 이러한 사실과 다른 증거들에 의해 이 세 가지의 단백질이 가는 필라멘트를 만든다는 것이 분명하다.

만약 액틴용액과 미오신용액을 혼합한다면, 혼합용액은 매우 점성이 높게 된다. 이것은 두 단백질이 서로 결합하기 때문이다. 만약 그 혼합물에 약간의 ATP를 첨가한다면, 점성은 떨어지고 ATP는 ADP 와 무기인산으로 가수분해되어진다. 모든 ATP가 분해되면 점성은 다시 올라간다. 이러한 사실은 액틴과 미오신의 혼합물이 ATPase라고 여겨진다. 또한 ATP는 액틴과 미오신 사이의 결합을 변화시키는 것처럼 보인다.

다음으로 중요한 점은 용해성 단백질을 제거해 버린 근섬유가 글리세롤로 처리되었을 때 알 수 있다. 그렇게 처리된 근섬유는 부서지기 쉽지만 ATP에 노출시키면 빠르게 부드럽고 유연해진다(이러한 관찰은 죽은 후 골격근이 굳어 버리는 사후강직(rigor mortis)이 설명되어진다. 죽은 뒤 ATP 생산은 중단되고 골격근의 단백질은 환원될 수 없게 결합한다).

 

 

근영양실조

미오신, 액틴, 트로포미오신, 트로포닌은 근섬유 단백질의 3/4 이고 나머지는 24가지의 다른 단백질로 되어 있다. 이 4가지의 단백질들은 근절에 있는 굵은 필라멘트와 가는 필라멘트를 부착시키고 체계화하는 작용을 한다. 근섬유에 있는 가장 적은 단백질 중 하나가 디스트로핀(dystrophin)이다. 근섬유 단백질 중 0.002 %에 불과하지만 중요한 기능을 가지고 있다. 왜냐하면 결핍되면 근영양실조(muscular dystrophy)라는 유전병의 원인이 되기 때문이다. 디스트로핀의 유전자는 X 염색체에 있어서 전형적으로 유전물질이 X 염색체에 결합된 남성에서 현저하게 발병한다. 그 유전자는 60개의 엑손(exon)이 DNA의 200만개가 넘는 염기쌍에 퍼져 있는 거대인자이다. 그리하여 이 한 개의 유전인자는 인간 전체의 게놈(3×10 염기쌍) 중 약 0.1 %를 차지 하지만 대장균의 경우 전체의 게놈 크기의 약 절반을 차지한다. 60개의 엑손이 3,685개의 아미노산으로 된 한 개의 폴리펩티드에 암호화되어 있다. 아마도 그 인자가 크기 때문에 부분적인 삭제가 쉽게 일어나는 것 같다. 이러한 것들이 번역 체계에서 변화의 원인이 된다면 근영양실조는 절대 일어나지 않지만 훨씬 심각한 질병(Duchenne muscular dystrophy, DMD)을 일으킬 것이다. 만약 어떤 엑손이 제거된다면, 단백질 결핍은 훨씬 약한 증상의 질병(Becker muscular dystrophy, BMD)을 일으키거나 전혀 증상이 없을 것이다.