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슬라이딩 리본 이론의 탄생: 두 과학자 그룹이 어떻게 독립적으로 이를 제안했는가?
슬라이딩 리본 이론은 근육 수축의 메커니즘을 설명하는 중요한 이론으로, 근육 단백질이 서로 미끄러지면서 움직임을 생성한다는 사실에 기초합니다. 이 이론에 따르면, 근육이 수축하는 동안 근섬유 내의 미오신(굵은 필라멘트)은 액틴(얇은 필라멘트)을 지나 미끄러지는데, 이 두 필라멘트 세트의 길이는 비교적 일정하게 유지됩니다. 이 이론은 1954년에 케임브리지 대학의 앤드류 헉슬리와 롤프 니더겔케, 그리고 휴 헉슬리와 제인 핸슨의 두 연구팀이 독립적으로 제안했습니다.
이 이론은 원래 1953년 휴 헉슬리가 고안했으며, 앤드류 헉슬리와 니더겔케가 "매우 매력적인 가설"로 제안했습니다.
1950년대 이전에는 근육 수축을 설명하는 여러 가지 이론이 있었습니다. 여기에는 전기적 인력, 단백질 접힘, 단백질 변형이 포함되었습니다. 새로운 이론은 슬라이딩 리본의 분자적 메커니즘을 설명하는 크로스브리지(전통적으로 스윙 크로스브리지라고 불렸고, 현재는 주로 크로스브리지 루프라고 불림)라는 개념을 제안합니다. 교차 다리 이론은 액틴과 미오신이 미오신 머리를 액틴 필라멘트에 부착하여 단백질 복합체(전통적으로 액틴-미오신이라고 함)를 형성하여 두 필라멘트 사이에 교차가 존재한다고 말합니다. 교차 다리가 두 필라멘트 사이에 형성됩니다.
역사적 배경 초기 연구1870년대 초, 독일 과학자 빌리 쿠흐가 최초로 근육 단백질인 미오신을 발견했고, 1864년에 이를 추출하여 명명했습니다. 1939년, 러시아의 부부 팀인 블라디미르 알렉산드로비치 엥겔하르트와 밀리사 니콜라예브나 류빈모바는 미오신이 ATP를 분해하여 에너지를 방출할 수 있는 효소(ATPase라 불림)의 특성을 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 헝가리의 생리학자 앨버트 세인트 조지가 비타민 C와 말레산에 대한 연구로 1937년 노벨상을 수상한 후, 그는 근육 생리학에 관심을 돌렸습니다. 세인트 조지는 1942년에 ATP가 근육 수축의 에너지원임을 입증했고 미오신 B를 함유한 근육 섬유는 ATP가 존재할 때 짧아지지만 미오신 A는 그렇지 않다는 것을 관찰했습니다. 그는 나중에 이 경험을 "근육 수축의 가장 흥미로운 순간 중 하나"라고 설명했습니다. 내 인생이에요."
이론의 기원
휴 헉슬리가 1952년에 케임브리지 대학에서 박사학위를 받았을 때, 세인트 조지는 이미 암 연구로 진로를 전환했습니다. 1952년 9월, 헉슬리는 MIT의 프랜시스 O. 슈미트 연구실에 도착했고, 1953년 1월에는 또 다른 영국 박사후 연구원인 제인 핸슨이 그와 합류했습니다. 헉슬리는 X선 회절을 사용하여 근육 단백질, 특히 미오신이 근육 섬유의 일부인 사르코미어를 생성하는 구조화된 리본을 형성한다고 가설을 세웠습니다. 그들의 주된 목적은 전자 현미경을 사용하여 이러한 리본을 자세히 연구하는 것이었습니다. 그들은 근육 단백질의 리본 특성을 빨리 발견하고 확인했습니다.
슬라이딩 리본 이론
슬라이딩 리본 이론은 1954년 5월 22일 저널 네이처에 게재된 "수축 중 근육의 구조적 변화"라는 제목의 두 편의 논문에서 유래되었습니다. 그들의 결론은 근본적으로 유사하지만, 실험 데이터와 제안은 다릅니다.
Andrew Huxley와 Rolf Niedergelke가 공동 집필한 첫 번째 논문의 제목은 "생체 근섬유의 간섭 현미경"입니다. 논문에 따르면 I-밴드는 액틴 필라멘트로 구성되고, A-밴드는 주로 미오신 필라멘트로 구성되며, 수축 중에 액틴 필라멘트가 미오신 필라멘트 사이를 이동합니다.
휴 헉슬리와 제인 핸슨이 쓴 두 번째 논문의 제목은 "근육 수축과 확장 중 교차 줄무늬의 변화와 그 구조적 해석"입니다. 이 연구는 위상차 현미경과 전자 현미경을 사용하여 토끼 근육에 대한 연구를 바탕으로 한 것으로, 첫 번째 연구보다 더 자세합니다.
수용과 결과
강력한 증거에도 불구하고 슬라이딩 리본 이론은 그 후 몇 년 동안 지지를 얻지 못했습니다. 세인트 조지 자신은 미오신 필라멘트가 두꺼운 필라멘트(A 밴드)에만 제한되어 있다는 것을 믿지 않았습니다. 1957년에야 미국의 헉슬리는 새로운 전자현미경으로 리본의 겹침 특성을 확인했습니다.
이 이론과 증거가 일반적으로 수용된 것은 1972년 콜드 스프링 하버 연구소에서 열린 학술대회에서였다. 참석자들은 핸슨이 비판에 대응하여 "제가 그 메커니즘을 설명할 수는 없지만, 슬라이딩은 사실입니다."라고 소리친 것을 기억했습니다.
증거가 축적되자 헉슬리는 공식적으로 슬라이딩 리본 메커니즘을 제안했는데, 이를 지금은 크로스브리지 루프라고 부릅니다.
이러한 연구는 근육 생리학의 모습을 바꾸었을 뿐만 아니라, 더욱 복잡한 생물학적 메커니즘에 대한 미래의 탐구로 이어졌습니다. 이 획기적인 이론은 우리에게 의문을 던진다. 고상한 이상을 가진 사람들이 밝혀내기를 기다리는, 아직 발견되지 않은 생물학적 메커니즘이 얼마나 더 있을까?
