5. Conclusion[The elasticity of alpha-helix, pi-helix]

5.1. 요약 및 정리

본 연구에서는 VMD, NAMD 및 PuTTY 등의 프로그램을 이용하여 단백질의 나선 구조(helix)에 대한 연구를 수행하였다. 우리는 단백질 2차 구조의 종류별로 alpha-helix, pi-helix, 3_10-helix로 나누어서 각각의 helix에 대하여 연구를 진행 하였으며 NAMD를 통해 Waterbox라는 field 내에서 각각의 helix가 변화 할 때의 휘어짐 정도와 탄성 계수(bending-modulus)를 관찰하여 비교하였다. 본 연구 팀은 아미노산의 종류 중 알라닌(alalnin)으로만 이루어진 alpha-helix, pi-helix에 관해 연구를 진행하였는데, 알라닌으로만 구성된 alpha-hellix, pi-helix가 Waterbox 안에서 영향을 받을 때 형태가 변형되는 정도와 그에 따른 나선 구조(helix)에 저장되는 에너지의 변화를 관찰 하였다. 또한 MATLAB을 이용한 dcd 파일 분석을 통해 본 연구팀이 만든 alpha-helix와 pi-helix를 더 잘 이해 할 수 있었다.

 

5.2. 추가 연구 및 의의

본 연구의 목적은 단백질의 나선 구조(helix)의 물리적 모델링을 통한 탄성 계수(bending-modulus)를 측정하여 단백질에 대한 분자동력학적 성질을 예측, 비교 하는 것이었다. 본 연구팀이 현재까지 진행한 연구 활동은 NAMD를 통해 alanin으로만 구성된 alpha-helix, pi-helix의 물리적 모델링을 마친 상태이며 MATLAB을 이용한 dcd 파일 분석을 통해 helix의 탄성 계수(bending-modulus)를 구하고 이를 그래프로 산출하였다. 본 연구에서 발전할 추가 연구는 alanin으로만 구성된 alpha-helix, pi-helix에 대한 분석뿐만 아니라 대전 아미노산(charged amino acid) 또는 소수성 단백질(hydrophobic amino acid)이 추가된 나선 구조(helix)에 관하여 연구의 범위를 확장 할 수 있다는 점이다. 또한 우리는 본 연구를 통해 단백질의 분자동력학적 특성을 파악함으로써 단백질을 활용한 다른 연구에 광범위하게 응용 될 수 있으며 단백질에 관한 연구를 진행하는 데 있어서 중점적인 연구로 자리매김 될 수 있을 것이다.

그 외에도 특정한 helix보다 방대한 정보를 담고 있는 단백질의 탄성을 정량적으로 계산해낼 수 있는 물리적 모델링을 이번 연구를 토대로 시도해 볼 수 있을 것이다. 모든 단백질의 탄성을 구해낼 수 있는 모델링과 데이터 분석용 MATLAB코드를 작성한다면 타 연구에서도 활용 될 수 있을 것이다.

 

5.3. 연구 결과의 활용과 기대효과

helix의 탄성에 대한 연구는 그 동안 많은 논문에서 인용되었으며 다양한 분야에서 단백질의 성질을 이해하는데 쓰이고 있다. 특히, helix가 중요한 역할을 하고 있는 생체막 단백질의 특성을 이론적으로 연구하는데 유용하게 쓰이고 있어서, alpha-helix, pi-helix의 탄성 연구의 중요성은 아주 크다고 할 수 있다. alpha-helix, pi-helix의 탄성을 이해하면서 alpha-helix, pi-helix자체의 성질뿐만 아니라 이를 이루고 있는 각 아미노산의 성질이 어떻게 alpha-helix, pi-helix의 탄성에 연관되는지를 알 수 있는 기회가 된다. 또한, alpha-helix의 변형인 pi-helix, 3_10-helix 의 탄성을 alpha-helix와 비교해보고, 이들의 탄성 변화가 생명현상에 어떻게 기여하는지를 파악할 수 있다.

구조적 유연성(conformational flexibility)은 단백질 기능에서 중요한 위치를 차지한다. 한 예로서, 단백질은 같지만 형태에 따라 서로 다른 생물학적 역을 담당하기도 한다. 구조적 유연성을 이해하기 위해서는 단백질 탄성의 정량적 이해가 필요하다. alpha-helix는 탄성이 있는 막대로 모델링할 수 있으며, 막대의 영률과 관련 있는 persistence length를 분자동력학 시뮬레이션을 이용하여 구한 결과 약 100nm의 값을 가진다.