단백질 동역학(蛋白質動力學, 영어: protein dynamics)은 단백질의 운동과 힘의 관계에 대해 다루는 생물학의 한 분야이다. 단백질은 일반적으로 아미노산 서열에 의해 결정되는 독특한 정적 구조를 채택하는 것으로 생각되나, 실제로 단백질은 정적인 개체가 아니라 시간에 따라 다양한 입체구조(conformation) 사이를 전이하는 동적인 분자이다. 이러한 구조적 상태 간의 전이는 다양한 길이 척도(옹스트롬에서 나노미터까지) 및 시간 척도(나노초에서 초까지)에서 일어나며, 알로스테릭 신호전달(allosteric signaling) 및 효소 촉매작용과 같은 기능적으로 중요한 현상과 연결되어 있다.
단백질 동역학의 연구는 단백질의 기능을 이해하는 데 핵심적인 역할을 한다. 예를 들어, 키네신(kinesin)과 같은 분자 모터는 미세소관 위를 이동하면서 ATP 가수분해 에너지를 기계적 운동으로 변환하는데, 이 과정에서 단백질 도메인의 동역학적 움직임이 필수적으로 수반된다. 또한 효소의 촉매 작용, 단백질-리간드 결합, 신호전달 경로에서의 단백질 구조 변화 등 다양한 생물학적 과정이 단백질 동역학과 밀접하게 연관되어 있다.
최근에는 알파폴드(AlphaFold)와 같은 인공지능 기반 단백질 구조 예측 모델이 정적 구조 예측에서 큰 성과를 거두었으나, 단백질의 동적인 움직임을 포착하는 데는 한계가 있다는 지적이 제기되고 있다. 이에 따라 분자동역학 시뮬레이션(molecular dynamics simulation), 확산 모델(diffusion model), 구조 앙상블 예측 등 다양한 방법론을 통해 단백질 동역학을 연구하는 접근법이 활발히 개발되고 있다. BioEmu, DiffEnsemble, LD-FPG 등의 최신 AI 모델들은 단백질의 구조적 변화와 동역학적 특성을 예측하는 데 초점을 맞추고 있으며, 이는 구조생물학의 다음 전환점으로 주목받고 있다.
