극지 생물이 얼어붙지 않는 비결

극지에서 영하의 낮은 온도 때문에 식물이 꽁꽁 얼어붙었다. 위키미디어 제공

북극이나 남극 등 극지에 사는 생물은 극한 추위에도 얼어붙지 않는다. 과학자들이 극지 생물이 추운 날씨에도 얼어붙지 않는 이유를 규명했다. 체내 '부동 단백질'이 서로 멀리 떨어져 있을수록 몸을 얼지 않게 만드는 효과가 크다는 연구결과다.  

아미쉬 파텔 미국 펜실베이니아대 화학 및 생체분자공학과 교수가 이끄는 연구팀은 특수 분자 시뮬레이션과 열역학을 활용해 온도 변화와 부동 단백질 사이의 거리 등 연관성을 분석하고 연구결과를 4일 국제학술지 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)'에 발표했다.

온도가 영하로 떨어지면 보통 생물의 체내에서 세포 분자들의 응집력이 강해진다. 분자들은 뭉쳐서 작은 얼음알갱이를 생성하고 작은 얼음알갱이들이 뭉쳐 큰 얼음덩어리를 생성한다. 임계온도에 다다르면 혈액과 체액이 얼고 조직세포가 파괴된다.

반면 극지에 사는 생물의 경우 영하일 때 체내에 생긴 작은 얼음알갱이에 부동 단백질이 결합한다. 이때 부동 단백질이 주변에 막을 형성하고 얼음알갱이끼리의 결합을 억제한다. 얼음알갱이가 더이상 커지지 못하게 하는 셈이다.

연구팀은 분자 단위에서 진행하는 특수 시뮬레이션과 열역학을 이용해 부동 단백질 사이의 거리와 세포가 얼어붙는 임계온도가 어떤 관계인지 분석했다. 기존에는 단백질 사이의 거리와 임계온도가 반비례 관계라는 가설이 있었다. 부동 단백질들이 한곳에 모여있지 않고 넓게 퍼져 있을수록 세포가 어는 현상을 막는 데 유리하다는 말이다. 연구팀의 분석 결과 부동 단백질 사이의 거리가 기존 이론보다 몸을 얼지 않게 하는 데 훨씬 더 중요하게 작용하는 것으로 나타났다. 

부동 단백질의 원리는 제조, 의료, 식품 분야에 쓰인다. 생물 안에서 생체 조직 및 세포를 냉동 보관하는 데 도움을 주고 식품을 저온에서 얼지 않고 숙성시키는 데 유용하기 때문이다. 연구팀은 “이번 결과를 응용하면 부동 단백질을 유용한 물질로 개발할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 

[갈민지 기자 willgominji@donga.com]