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국내 교수, ‘60년 생물학 난제’ 생체시계 작동 원리 풀었다
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국내 교수, ‘60년 생물학 난제’ 생체시계 작동 원리 풀었다

이재웅동아사이언스기자 입력 2015-10-05 11:32수정 2015-10-05 14:02
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김재경 KAIST 수리과학부 교수

국내 수학과 교수가 60년 묵은 생물학의 난제를 풀었다. 김재경 KAIST 수리과학과 교수는 수학 모델링을 이용해 온도가 바뀌어도 생체시계가 제때 작동하는 원리를 풀었다고 5일 밝혔다.

생체시계는 밤 9시 경이 되면 멜라토닌 분비를 시작해 잠을 자게하고 아침 7시 경에는 깨게 만든다. 하지만 일반적인 생화학 반응은 온도가 올라가면 반응속도가 빨라지기 마련이다. 몸에 열이 나거나 여름철에는 수면 시간이 짧아질 수 있다는 것이다.

다행히 인체 생체시계는 온도 변화와 상관없이 일정하게 유지된다. 이러한 성질은 1954년 발견됐지만 작동 원리는 60년이 지나도 밝혀지지 않았다.


김 교수는 생체시계의 핵심 단백질인 ‘피어리드2(Period2)’와 이를 조절하는 ‘인산화’ 스위치에 주목했다. 미분방정식을 이용해 만든 수학 모델로 분석한 결과, 피어리드2를 분해하는 방법이 두 가지 있다는 사실과 인산화 스위치가 두 방법의 비율을 적당히 조절하는 원리를 확인했다.

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온도가 37도 이상으로 올라가면 인산화 스위치는 피어리드2가 느리게 분해되는 쪽의 비율을 높여 분해속도를 전체적으로 늦추고, 30도 이하로 온도가 내려가면 빠르게 분해되는 쪽의 비율을 높여 분해속도를 빠르게 만드는 식이다.

김 교수는 “인산화 스위치를 조절하는 물질을 개발한다면 야간 근무나 잦은 해외 출장 때문에 발생할 수 있는 생체시계 이상을 예방할 수 있을 것”이라며 “수학과 생물학의 교류가 활발해진다면 생물학의 난제를 푸는 데 수학이 크게 기여할 수 있다”고 말했다.

연구결과는 ‘셀’ 자매지 ‘몰러큘러 셀’ 1일 자에 실렸다.

이재웅 동아사이언스기자 ilju2@donga.com


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