고온에서 단백질은 열에 의해 변성된다.

계란을 삶거나 계란후라이를 만들 때 100도, 혹은 그 이상의 열을 가하면 굳는 것으로 쉽게 이해할 수 있는데

여기서 한가지 의문점이 생긴다

그러면 왜 온도를 떨어트리면 왜 원래대로 안들어가지?

설탕물을 데웠다가 식히면 원래대로 돌아가듯이, 단백질도 뜨거워져서 딱딱해져도 식히면 다시 원래대로 돌아가야할 것 같은 기분이 든다.

그런데 왜 그러지 않을까?

그 이유는, 단백질은 매우 복잡한 고분자물질이기 때문이다.

이렇게 복잡하게 만들어지는 단백질은 친수성과 소수성, 음전하와 양전하, 이온 등등이 복잡하게 서로 상호작용하며 3차원의 입체적인 구조를 이루기 때문에, 매우 복잡한 구조를 이룬다.

그리고 열은 곧 입자의 운동에너지를 의미한다.

이렇게 친수성/소수성/양전하/음전하 등등이 복잡하게 상호작용하며 구조를 이루고 있는 단백질에 열이 가해진다는 것은, 각 아미노산의 운동에너지가 증가해서 이러한 인력을 뛰어넘어 자유롭게 움직임일 에너지를 얻는다는 말과 동일한데...

단백질은 3차원의 구조를 통해 기능을 유지하기 때문에, 이런 3차원 구조가 무너지면 단백질은 제 기능을 못하게 된다.

Q: 그래서 식히면 왜 원래대로 안들어와요?

A: 단백질은 겁나 복잡하기 때문이지!

단백질은 아미노산이라는 26가지 블럭을 수십~수천개 연결해서 만들어지는데, 이 사실을 밝혀낸 과학자들은 혁명적인 생각을 하게 된다.

'아, 그러면 이 아미노산 서열만 밝혀내서 양산하면 단백질 무한생산이 가능하겠네?'

그런데 그게 안됬다.

되는 단백질도 있는데, 안되는 단백질들도 많았다.

그 이유는 당연하게도, 단백질들은 3차원 구조를 통해 기능을 발휘하기 때문인데...

단백질들은 이미 체내에서 저런 안정적인 구조를 유지하고 있는데, 과학자들이 열심히 대장균을 키워서 만들어낸 합성단백질들은 어째서 저런 구조를 만들지 못한단 말인가!

그 원인을 탐구한 과학자들은 다음과 같은 사실을 밝혀내는데 성공한다

1. 단백질은 여러 형태의 안정적인 '접힘' 상태를 가진다.

2. 단백질의 3차원 구조 결정에는 샤페론이라는 다른 단백질이 관여해서, 단백질의 적절한 접힘(Folding)을 도와준다

즉, 대장균은 기열찐빠 원핵생물이라 샤페론같은 고등한 단백질이 없어 이런 고급스러운 단백질 접힘을 유도할 수 없는 것이다!

그리고 여기서 옆을 보면 또 다른 재밌는 것을 볼 수 있는데.

열을 가하면 단백질의 에너지 수준이 증가해서, 단백질은 안정적으로 기능하는 Native 상태를 넘어서 다른 상태로 갈 수 있게 된다(Folding intermediates, Partially folded states)

그런데 여기서 더더욱 에너지가 차면?

이제 단백질들은 제멋대로 운동하다가 엉켜버리거나(Amorphous aggregates) 아니면 서로 달라붙어버리는 (Amyloid) 상태가 되어버린다.

그리고 이런 상태는 Native한 상태의 단백질보다 안정적이기 때문에 돌아가지도 않으며, 온도가 낮아지면 에너지가 부족해서 상태 사이를 왔다갔다할 에너지조차 없어지기 때문에 그 상태에 고정되어버리고 만다.

그래서 한번 뜨거워져서 변성된 단백질은 원래 상태로 돌아가지 않는 것이다!

그러니까 시아가 달걀후라이를 해주면 달라붙어서 '왜 계란을 뜨거워지면 딱딱해졌다가 식히면 원래대로 안돌아가???'라고 질문하는 똑똑한 TS녀가 되자!