산소화 효소 화학반응서 중간체 구조 규명

작성자
생명과학연구원
작성일
2009-10-06 00:00
조회
113

산소화 효소 화학반응서 중간체 구조 규명


이화여대 남원우 교수팀 성과 2009년 09월 24일(목)

국내 연구진이 산소 관련 효소의 화학 반응에서 순간적으로 존재하는 중간체 구조를 밝혀냈다. 효소의 화학 반응에서 순간적으로 존재하는 중간체는 아주 짧은 시간에 만들어졌다 사라진다. 이 때문에 학계에선 그동안 그 존재와 모양을 알아내는 것이 매우 어려웠다.

▲ X-ray 회절법에 의해 저온에서 밝혀진 반응 중간체의 구조. (a) 활성 산소가 금속에 대칭적 모양으로 결합하고 있는 구조를 보여줌. (b) 중간체를 옆에서 본 모양을 공간이 채워진 모델로 보여줌. 

22일 교육과학기술부에 따르면 이화여대 바이오융합과학과 남원우 교수팀이 이 같은 쾌거를 이룩했다. 교과부는 연구 결과가 ’네이처‘ 자매지이자 화학분야에서 세계적인 권위지인 네이처 케미스트리(Nature Chemistry)에 9월 23일 게재된다고 밝혔다.

남 교수와 조재흥 박사가 공동으로 진행한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘리더연구자지원사업 창의적 연구(기존 창의적연구진흥사업)'의 지원을 받아 수행됐다.

인공 효소 시스템 개발의 토대 예상

▲ 남원우 교수 
남원우 교수팀은 생체 내의 효소 대신에 실험실에서 합성하여 만든 인공효소를 사용하여 극저온에서의 화학반응을 통해 중간체의 존재를 확인한 후, X-ray 회절법을 통해 구조를 분석했다. 이는 순간적으로 존재하는 중간체의 존재와 모양을 규명하기 위해서다. 스탠퍼드 대학의 에드워드 솔로몬 교수팀은 중간체의 특성 규명을 위한 방사광 가속장치의 사용을 담당했다.

이번 연구결과는 산소화 효소의 화학 반응에서 배위환경 변화에 의한 중간체의 구조와 반응성 조절이 가능하다는 것을 증명한 것이다. 교과부는 이러한 연구 결과가 향후 효소 기능을 모방한 인공 효소 시스템을 개발하는 데 중요한 토대가 될 것이라고 밝혔다.

남원우 교수는 “생명체는 움직이는 공장”이라고 정의하며 “생명체의 화학반응을 정확히 이해하면 무공해 생산 공정과 노화방지 신약 등을 개발하는 데 많은 정보를 제공할 것”이라고 밝혔다.

* 생체 모방
생명을 유지하기 위해서 생체 내에서는 많은 화학 반응이 일어나고 있다. 이러한 화학 반응에 관여하고 있는 단백질이나 효소의 구조, 역할 등을 이해하기 위하여, 실험실에서 인공 물질을 만들어 생체 내에 존재하는 단백질과 효소의 화학 반응을 이해하는 연구를 생체 모방 연구라 한다.

* 중간체
중간체란 화학 반응에서 짧은 시간에 생성되어졌다 사라지는 상당히 불안정한 분자를 말한다. 대부분의 화학적 반응은 한 가지 이상의 기초 단계를 거치게 되는데, 반응 중간체는 그 중간 단계의 하나로 존재하는 불완전한 생성물이다. 중간체 구조를 규명할 경우, 어떻게 화학 반응이 일어나는지를 이해할 수 있게 된다.

* X-ray 회절법
화학 물질을 구성하고 있는 원자들의 위치를 파악할 수 있는 기기로서, X-ray의 회절을 이용하여, 물질의 구조와 화학적 조성에 대한 정보를 밝히는 방법이다. 화학 물질의 내부 미세 구조를 밝히는데 매우 유용한 수단이다.

* 방사광 가속장치
빛을 발생하는 입자를 가속하는 장치로서, 방출된 방사광은 물질의 구성단위 수준에서 분자나 원자의 세계를 규명할 수 있다. 우리나라에는 포항가속기가 있다.

* 배위환경 변화
금속 원자를 중심으로 배위자라고 하는 비금속 원자나 원자단이 이를 둘러싸고 있는 주변을 배위환경이라 하고, 이 환경을 조절하는 것을 배위환경 변화라 한다.

김재호 기자 | jhkim@kofac.or.kr

저작권자 2009.09.24 ⓒ ScienceTimes