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Why Gene ? - 7) 시각 싸이클 (Visual Cycle)
죠나단	2006/01/18	1,115
지금부터는 마이클 베히 교수가 지적 설계이론에서 인용한 망막의 시각 싸이클 (Visual Cycle) 을 소개하고자 합니다. 물론 망막에서 이루어지는 시각의 생화학 반응으로서 대략적인 개괄에 속합니다. 다른 단체에 비하여 교육수준이 높다는 알피 환우들께서는 반드시 알아야 할 상식이기도 합니다. 이번에도 어려운 단어가 나오면, 그냥 그런 것이 있구나 생각하면 됩니다. 자동차에 차동 장치가 어떻고, 엔진의 연소 과정이 어떠하며, 전기 플러그는 어디에 있는 지, 등등 자동차에 대해서 많이 안다고 해서 운전을 잘하는 것은 아닙니다. (그런데 예를들어 팬 벨트가 끊어져서 시동이 안걸린다면, 자동차에 무지한 사람은 고생을 많이 하겠지요.) ---------- 시각 싸이클에 대하여 ------------- 이 시각을 느끼는 화학반응의 싸이클은 무우(광수용체) 안쪽에 디스크와 무우 즙 (세포질) 사이에서 일어 납니다. 디스크에 끼여 있는 로돕신 덩어리에는 부러진 이쑤시개 분자의 11- 시스레티날(비타민 A 성분)이 가로로 걸쳐 있다고 하였지요. 그런데 빛의 광자가 투명한 무우껍질을 통과하면, 최초로 이 11-시스레티날과 반응합니다. 그러면 구부러진 이쑤시개가 쭉 펴지게 되지요. 한마디로 기지개를 펴는 것과 마찬가지입니다. 이렇게 형태가 변한 레티날 분자를 트랜스 레티날이라고 부릅니다. <로돕신> 내부에서 펴진 형태이기에, 이를 감싸고 있던 로돕신 단백질의 모양도 변하게 됩니다. 이것을 메타 로돕신 2 라고 부릅니다. 예쁘게 모양이 바뀌었으니, 당연히 여기에 맞는 애인이 달라 붙습니다. 그 애인이 <트랜스 듀신>이라는 단백질입니다. 그런데 트랜스 듀신 이라는 놈은 과거의 짝인 GDP 와 붙어 다닌 물질입니다. 트랜스 듀신이 메타 로돕신을 만나자, GDP는 포기해서 떨어져 나가고 그 친구인 GTP 가 나서서 그자리를 차지합니다. 따라서 GTP-트랜스듀신-메타로돕신 의 삼각관계가 시작되는 거지요. 이들은 무우 껍질 벽에 있는 <인산디에스테르 가수분해 효소>라고 불리우는 단백질과 결합합니다. 어렵습니까? 그러니까 줄줄이 4각 관계가 이루졌다고 보는 겁니다. 복잡한 연인관계 이지만, "누구는 누구 없으면 못만나는" 그런 끈적한 관계랍니다. 이 가수분해 효소와 메타 로돕신이 만나게 됨으로서, 이들은 cGMP 라는 물질을 절단할 수 있는 화학적 능력을 가지게 됩니다. 이번에는 이들이 다른 연인관계를 훼방하는 물질로 변했다는 이야기가 되었습니다. 그런데 이 cGMP 물질은 광수용체 껍질 쪽에 붙어서, 소위 세포 밖으로 통하는 통로를 책임지는 물질 ( 이온 채널에 관련된 막 단백질) 과 결합하고 있습니다. 한마디로 광수용체 외부로 부터 들어오는 문지기와 결합하고 있는 것입니다. 이 통로 (이온채널) 즉 수문을 통해서는 양자의 전기를 띤 나트륨 이온이 들어옵니다. 그런데 또 다른 이온채널이 있어서, 나트륨 이온을 세포 밖으로 뿜어 냅니다. 즉 세포 밖과 안으로 두가지의 수문이 있고 한쪽은 상수구 한쪽은 하수구 역할을 해서 나트륨 이온의 균형을 맞추고 있었습니다. 위 4가지 물질의 결합으로 이루어진 가수분해 효소가 상수도를 책임진 cGMP를 절단해 버림으로서, 갑자기 상수도의 문이 닫혀버린 것이지요. 이렇게 되면 들어오던 나트륨은 닫힌 수문으로 못들어 오는데, 세포안에서는 계속해서 나트륨을 세포 밖으로 내보고 있는 것입니다. 즉 세포 안에는 나트륨 이온이 급격히 감소하고, 밖에는 상대적으로 나트륨 농도가 많아져 양자 이온이 급격히 증가 합니다. 이 현상으로 광수용체 바깥 외피에서 양자를 띈 전기가 갑자기 만들어 지는 것입니다. 이것이 시신경 세포를 통하여 뇌로 전달되어 빛을 감지하게 되는 것이지요. 걸리는 시간은 10의 마이너스 12승 초 동안에 이루어 집니다. 빛이 머리카락을 통과하는 정도로 무지 빠른 속도입니다. 머리가 아프기 시작하나요 ? 그럼 오늘은 광수용체가 빛을 전기로 바꾸는 관계까지만 설명하겠습니다. 물론 내일은 꺼꾸로 본래의 애인 관계로 돌아가는 역방향을 설명합시다. 만일 원래로 돌아가지 않으면, 그 다음 빛이 들어 오더라도 이미 모양도 바뀌고 변심한 연인들이 처음부터 다시 일할 수 없지 않겠습니까 ? 그렇다면 오늘은 위에서 등장하는 물질들에서 유전자가 잘못되어, 알피와 같은 퇴행성 망막 질환이 생기는 것들만 설명하고 끝내도록 합시다. 벌써 눈치를 채셨겠지만, 꺽인 괄호 안의 단백질 물질과 효소들 입니다. 유전자가 손상되거나 변이가 있어서 제대로 만들어 지지 않은 것들이 생기면, 알피같은 질환이 생겨 납니다. 1) 로돕신 단백질 유전자의 변이 내용과 위치에 따라, 상염색체 우성, 상염색체 열성의 알피 발병 또한 선천성 정지형 야맹증 질환도 발병 2) 트랜스듀신 유전자 변이가 있으면, 선천성 정지형 야맹증이 발병. 3) 인산 디에스테르 가수분해 효소 단백질 유전자 변이가 있으면, 상염색체 열성의 알피 발병 4) cGMP 수문지기 이온채널 단백질 유전자 변이가 있으면, 상염색체 열성의 알피 발병. 어떻습니까 ? 이제부터 서서히 알피의 학급이 분류되기 시작되는 것이지요. 내일 역방향에서도 학급이 계속 나누어 질 것입니다. 서로 원인 물질이 틀리고 위치도 달리하는 데, 장래에 단백질 치료 약물이나 유전자 치료책이 나온다면, 여러분도 각 학급을 찾아 따로 줄을 서야하는 이유가 여기에 있습니다. 아직 모든 학급이 밝혀진 것은 아닙니다. 그리고 그 기능도 계속적으로 규명해야 합니다. 만일 고장난 부품에 대하여 자세히 알고 있으면 고치는데 그만큼 유리하지 않겠습니까. 그래서 " 장래에 알피는 자기가 모르면, 고치기 어려운 병이다."라고 해도 과언이 아닙니다. 누가 고장난 차를 속까지 뜯어 가면서, 복잡한 부품늘어 놓고 미리미리 살펴 주겠습니까 ? 그런 이유에서 유전체 조사는 필요한 것이다. 라고 한다면 이번에도 이해가 가시겠지요 ? 오늘은 진짜로 힘든 코스였는데, 참으로 수고 많았습니다. 죠나단 배상