이대 남원우 교수, 친환경 촉매시스템 가능성 제시
효소는 생체 내에서 일어나는 복잡한 화학반응에서 촉매 역할을 하는 단백질로, 모든 생명체는 이를 이용한 화학반응을 통해 생명활동을 이어간다. 특히 산소는 생체 내 물질의 산화와 에너지 대사, 노화, 질병 등에서 결정적인 역할을 하는 만큼 산소를 활성화시켜 생명활동을 일으키는 산소화효소의 메커니즘 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 이 가운데 국내 연구진이 산소와 산소화효소간에 일어나는 화학반응 중간 과정을 규명해 주목된다.
이화여대 남원우 교수(바이오융합과학과)는 생체 내 산소화효소와 산소의 화학반응 중간 과정에서 일시적으로 만들어지는 중간체의 구조와 화학적 성질을 밝혀내 세계적인 과학전문지 `네이처'에 발표했다고 26일 밝혔다.
남성호르몬이 산소와 결합해 산화되면 여성호르몬으로 바뀌고, 우리 몸이 산소를 태워 에너지를 얻거나, 산소가 활성산소종으로 변해 노화와 질병을 일으키는 모든 과정에서 산소의 화학반응을 일으키는 산소화효소가 중요한 역할을 한다. 그 중요성 때문에 세계 연구자들이 산소화효소의 화학반응을 연구해 왔지만, 화학반응 과정에서 생기는 몇가지 핵심 중간체 구조를 밝혀내지 못해, 생명체의 산소 사용과정은 여전히 풀리지 않는 숙제로 남아있었다.
연구팀은 생체효소와 유사한 인공효소를 실험실에서 만들어 산소와의 화학반응을 영하 80도의 극저온에서 일으켰다. 그 결과 상온에서는 1초미만 짧은 시간만 존재하는 중간체를 30분 정도 유지시키는 데 성공했다. 이 중간체를 결정화해 X선 회절기로 구조를 분석한 결과 철과 산소 분자가 삼각형 모양으로 만난 화학구조를 확인했다.
이후 이 중간체를 산과 반응시켜 만들어지는 또다른 중간체의 구조를 밝혀내고, 마지막으로 생겨난 중간체와 염기를 반응시키자 원래 물질로 돌아간다는 사실을 알아냈다. 생체 내에서 극히 짧은 시간 동안 만들어졌다 사라지는 세가지 중간체를 극저온 환경에서 밝혀낸 것.
남원우 교수는 "생체에서 물과 산소, 산소화효소간에 일어나는 인체친화적인 화학반응을 이해하면 인공적으로 효소를 변형시켜 원하는 각종 화학공정을 개발할 수 있다"며 "물과 산소를 이용한 미래 친환경 촉매시스템과 무공해 생산공정 개발에 가능성을 제시했다"고 연구의의를 밝혔다.
이 연구에는 남 교수 외에 이화여대 조재흥 특임교수, 전수진, 강은아 석사과정생과 미 스탠퍼드대 솔로몬 교수, 미 UCLA 발렌타인 교수, 미 미시건대 임미희 교수가 참여했다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : 이화여대 생체모방연구단 연구원들. 왼쪽부터 조재흥 특임교수, 전수진 석사과정생, 남원우 교수, 강은아 석사과정생.
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이화여대 남원우 교수(바이오융합과학과)는 생체 내 산소화효소와 산소의 화학반응 중간 과정에서 일시적으로 만들어지는 중간체의 구조와 화학적 성질을 밝혀내 세계적인 과학전문지 `네이처'에 발표했다고 26일 밝혔다.
남성호르몬이 산소와 결합해 산화되면 여성호르몬으로 바뀌고, 우리 몸이 산소를 태워 에너지를 얻거나, 산소가 활성산소종으로 변해 노화와 질병을 일으키는 모든 과정에서 산소의 화학반응을 일으키는 산소화효소가 중요한 역할을 한다. 그 중요성 때문에 세계 연구자들이 산소화효소의 화학반응을 연구해 왔지만, 화학반응 과정에서 생기는 몇가지 핵심 중간체 구조를 밝혀내지 못해, 생명체의 산소 사용과정은 여전히 풀리지 않는 숙제로 남아있었다.
연구팀은 생체효소와 유사한 인공효소를 실험실에서 만들어 산소와의 화학반응을 영하 80도의 극저온에서 일으켰다. 그 결과 상온에서는 1초미만 짧은 시간만 존재하는 중간체를 30분 정도 유지시키는 데 성공했다. 이 중간체를 결정화해 X선 회절기로 구조를 분석한 결과 철과 산소 분자가 삼각형 모양으로 만난 화학구조를 확인했다.
이후 이 중간체를 산과 반응시켜 만들어지는 또다른 중간체의 구조를 밝혀내고, 마지막으로 생겨난 중간체와 염기를 반응시키자 원래 물질로 돌아간다는 사실을 알아냈다. 생체 내에서 극히 짧은 시간 동안 만들어졌다 사라지는 세가지 중간체를 극저온 환경에서 밝혀낸 것.
남원우 교수는 "생체에서 물과 산소, 산소화효소간에 일어나는 인체친화적인 화학반응을 이해하면 인공적으로 효소를 변형시켜 원하는 각종 화학공정을 개발할 수 있다"며 "물과 산소를 이용한 미래 친환경 촉매시스템과 무공해 생산공정 개발에 가능성을 제시했다"고 연구의의를 밝혔다.
이 연구에는 남 교수 외에 이화여대 조재흥 특임교수, 전수진, 강은아 석사과정생과 미 스탠퍼드대 솔로몬 교수, 미 UCLA 발렌타인 교수, 미 미시건대 임미희 교수가 참여했다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : 이화여대 생체모방연구단 연구원들. 왼쪽부터 조재흥 특임교수, 전수진 석사과정생, 남원우 교수, 강은아 석사과정생.
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