짝풀림 단백질(Uncoupling protein, UCP)은 미토콘드리아 내막에 존재하는 양성자 통로 단백질로, 미토콘드리아 SLC25 운반체 계열에 속한다. 이 단백질은 전자전달계를 통해 형성된 양성자 기울기(proton gradient)를 ATP 합성과 연결시키지 않고 소산시켜, 그 에너지를 열로 방출하는 기능을 수행한다. 즉, 산화적 인산화 과정에서 산화(전자전달)와 인산화(ATP 합성)의 결합을 풀어버리는(uncoupling) 역할을 하므로 '짝풀림 단백질'이라는 명칭이 붙었다.
포유류에서는 다섯 가지 상동체(UCP1~UCP5)가 알려져 있다. UCP1은 써모제닌(thermogenin)이라고도 불리며, 갈색지방조직(brown adipose tissue)에서 주로 발견된다. UCP1은 추운 환경에 노출되거나 겨울잠을 자는 동물에서 비떨림 열 발생(non-shivering thermogenesis)에 핵심적인 역할을 한다. UCP2와 UCP3는 UCP1과 구조적으로 유사하지만 체온 조절보다는 활성 산소(ROS) 농도 조절 및 ATP 농도 유지에 관여하는 것으로 알려져 있다. UCP4와 UCP5는 주로 중추신경계의 신경세포에서 발현되며, 칼슘 농도 조절과 신경 전달에 영향을 미치는 것으로 연구되고 있다.
UCP1의 활성은 갑상선 호르몬, 노르에피네프린, 에피네프린, 렙틴에 의해 증가하며, 구아노신 삼인산(GTP)에 의해 억제된다. UCP2와 UCP3는 지방산, 활성 산소(ROS) 및 그 부산물에 의해 활성화되어 음성 되먹임 고리를 통해 미토콘드리아의 ROS 생성을 제한하는 기능을 수행하는 것으로 알려져 있다.
일부 식물 종(예: 동부 스컹크 양배추)에서도 짝풀림 단백질이 발견되며, 꽃대의 온도를 주변보다 높게 유지하여 향기 확산과 곤충 유인에 활용한다. 한편, 2,4-다이나이트로페놀(DNP)이나 카르보닐 시아나이드 m-클로로페닐 하이드라존(FCCP)과 같은 화학 물질도 유사한 짝풀림 기능을 수행하는 짝풀림제(uncoupler)로 작용한다.
