[생리의학] 1991년 – 세포의 정보교환에 관한 발견(베르트 자크만, 에르빈 네어)

1991sakmann_medicine

  • 1942 ~
    베르트 자크만

    Bert Sakmann

    독일의 신경 생리학자. 튀빙겐 대학교, 프라이부르크 대학교, 베를린 대학교, 파리 대학교, 뮌헨 대학교에서 의학을 공부하였다. 1974년에 괴팅겐 대학교에서 의학 박사학위를 취득한 후, 괴팅겐에 있는 막스 플랑크 연구소에서 공동 수상자 에르빈 네어와 함께 하나의 이온 채널을 통해 흐르는 작은 전류를 측정하는 기술을 개발하였으며, 이를 통해 이온 채널이 존재한다는 가설을 증명해 냈다.

  • 1991neher_medicine
    1944 ~
    에르빈 네어

    Erwin Neher

    독일의 세포 생리학자. 뮌헨 대학교에서 물리학을 공부하였으며, 1967년에 미국 위스콘신 대학교에서 석사학위를 취득하였고, 1970년에 뮌헨 대학교에서 박사학위를 취득하였다. 1968년에 뮌헨에 있는 막스플랑크 정신의학 연구소에 들어가 1972년까지 연구하였으며, 1972년부터는 괴팅겐에 있는 막스 플랑크 연구소에서 연구하면서, 공동 수상자 베르트 자크만과 함께 하나의 이온 채널을 통해 흐르는 작은 전류를 측정하는 기술을 개발하였으며, 이를 통해 이온 채널이 존재한다는 가설을 증명해 냈다.

수상 업적

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1991 was awarded jointly to Erwin Neher and Bert Sakmann “for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells”

1991년 노벨 생리의학상은 “세포의 정보교환에 관한 발견”으로 에르빈 네어와 베르트 자크만에게 공동 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
우리 몸은 신체 기능을 담당하는 작은 세포로 되어 있습니다. 각각의 기관들에는 상상할 수 없을 정도로 많은 세포들이 존재합니다. 신경계 신경세포의 숫자만 해도 이 지구상의 인구 수보다도 훨씬 많을 정도입니다. 각각의 작은 세포들은 비누 거품 두께 정도의 얇은 막으로 둘러싸여 있습니다. 이 막에 둘러싸여 있는 세포 내부에서는 크고 작은 분자들을 만드는 고도의 활동들이 일어나고 있습니다. 그리고 각각의 세포는 자신만의 발전소에서 필요한 화학 에너지를 생성합니다. 세포 내부는 변화에 매우 민감하기 때문에 세포막을 경계로 외부와 나누어집니다. 세포는 지속적으로 새로운 분자들을 만들어 필요한 곳으로 보내야 하며, 노폐물도 효과적으로 처리해야 합니다. 그러므로 세포막은 여러 작용물질을 세포의 안과 밖으로 보낼 수 있는 수많은 수송 체계를 가지고 있습니다.
올해 노벨상을 수상한 연구는 이러한 수송 체계들 중에서 바로 이온 채널 시스템에 관한 것입니다. 이것은 전기적으로 전하를 띤 원자들, 이른바 이온들을 수송합니다. 체액은 주로 나트륨, 칼륨, 그리고 염소 이온들로 구성되어 있습니다. 세포의 내부는 칼륨 이온의 농도가 높은 반면, 세포의 외부는 나트륨의 농도가 높습니다. 이는 세포 내외의 전기적 전위차를 일으켜 그 전압이 최대 100밀리볼트까지 이를 수 있습니다. 이 막전위가 수행하는 임무는 많은데 그중의 한 가지는 이 전위차로 생성된 전기적 신호가 신경세포에 전달되어 세포들이 서로 의사소통을 하게 된다는 것입니다.
나트륨 또는 칼륨과 같은 이온들은 이온별로 특정한 이온 채널을 통해서만 이동할 수 있습니다. 각 이온 채널의 얇은 벽은 한 단백질 혹은 그 복합체에 의해 형성되며 이를 통해 세포의 내부와 외부가 연결됩니다. 이 이온 채널의 직경은 너무 작아 오직 한 개의 이온만 들어갈 수 있습니다. 그리고 이 이온 채널이 열리거나 닫힐 때는 그 분자 모양이 달라집니다. 이와 같이 나트륨 분자를 위한 이온 채널이 열리면, 나트륨 이온이 세포 내부보다 외부에 더 많기 때문에, 한 줄로 늘어선 나트륨 이온들이 미세한 이온 채널을 통해 세포 내부로 들어가게 됩니다. 그리고 이 이온들의 전기적 전하나 형성된 전류 또한 열려 있는 이온 채널을 통과할 것입니다.
올해 노벨상 수상자인 에르빈 네어 박사님과 베르트 자크만 박사님은 하나의 이온 채널을 통해 흐르는 아주 작은 전류를 측정하는 기술을 개발하여 이온 채널이 존재한다는 가설을 명확하게 증명해 냈습니다. 이는 1조분의 1암페어에 해당하는 전류를 측정할 수 있음을 의미합니다. 하지만 이 기술은 매우 간단했습니다. 기록을 위한 전극으로는 액체로 가득 찬 얇은 유리관을 사용하는데, 그 관의 끝부분의 넓이는 1000분의 1제곱밀리미터 정도밖에 안 됩니다. 이것을 세포막 가까이에 접촉시키면 그 자체로 이들은 화학적 조화를 이루게 됩니다. 따라서 열려 있는 피펫 아래 세포막에 존재하는 이온 채널이 이제 세포 내부와 외부를 연결하는 유일한 연결통로가 되는 것입니다.
하나의 채널이 열리면서 형성된 아주 작은 전류는 네어 박사님과 자크만 박사님이 개발한 기술을 이용해 측정할 수 있습니다. 따라서 우리는 분자 모양이 바뀌는 때, 즉 채널이 열리거나 닫히는 때를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이는 매우 독특한 측정 방법입니다. 이 기술은 단일 분자에 대한 생화학적 미세수술법과 결합되어 이온 채널의 여러 부분에서 구성 분자를 바꾸거나 변화시킬 수 있었습니다. 이를 통해 여러 부분의 분자 기능, 즉 이온 채널이 어떻게 한 가지 이온을 선택하게 되는지, 또는 어떤 분자에 의해 특정 형태의 화학적 전달물질에 민감하게 반응하는지를 밝혀낼 수 있었습니다.
이 기술로 우리는 작은 세포들의 생존에 영향을 미치는 여러 이온 채널을 연구할 수 있게 되었습니다. 현재 전 세계의 수천 개 연구실에서는 동식물의 여러 조직에 존재하는 이온 채널들이 어떠한 역할을 하는지 이해하기 위해 이 기술을 사용하고 있습니다. 예를 들어 췌장세포들이 인슐린을 분비할 때, 심장이 수축 운동할 때, 혹은 우리 자신이 생각하거나 무엇을 기억해 낼 때에도 이온 채널이 관여합니다. 수많은 질병들은 이온 채널 기능의 변화에 영향을 받습니다. 이 때문에 특정 질병에서 중요한 이온 채널에 직접 작용하는 의약품들이 많이 있습니다. 예를 들면 불안감, 심장혈관 질환, 간질, 그리고 당뇨병 등입니다. 생명은 사실 수정되는 순간에 정자가 난자에 있는 이온 채널을 활성화시키면서 시작됩니다. 그리고 이와 같은 방법은 경쟁 상대인 다른 정자들이 난자에 접근하지 못하도록 하는 역할도 합니다.
네어 박사님, 그리고 자크만 박사님.
카롤린스카 연구소 노벨위원회를 대표하여 이온 채널을 구성하는 분자의 기능을 밝혀 주신 두 분께 크나큰 축하를 보내드립니다. 이 분자들은 생물체의 삶에 없어서는 안 될 중요한 것들입니다. 이제 전하께서 두 분께 노벨상을 수여하시겠습니다.

왕립 카롤린스카 연구소 스텐 그릴너