'비타민과 금속 결합체 합성' 새로운 인공효소로 탈바꿈

국내 연구진이 비타민 B2(리보플라빈)에 금속 반응 조절 능력을 더하는 방식으로 새로운 인공효소를 만드는 데 성공했다.

리보플라빈은 몸 안에서 음식물이 에너지로 바뀌는 과정을 돕는 보조효소 역할을 한다. 금속 반응 조절 능력을 더했을 때는 자연효소보다 정밀하고 안정적으로 작동해 에너지 생산과 환경정화, 신약 개발 등 분야에서 활용될 수 있다.

(왼쪽부터) 니추 사이(Neetu Singh) 박사, 임하늘 석박사통합과정, 권성연 IBS 박사 (뒤쪽)백윤정 교수. KAIST 제공

KAIST 화학과 백윤정 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 권성연 박사와 공동연구를 진행해 리보플라빈이 금속 이온과 결합할 수 있는 새로운 분자 시스템을 구현하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

리보플라빈은 질소와 산소가 복잡하게 얽힌 고리 구조 특성상 금속과 선택적으로 결합하기 어려운 한계를 가졌다. 이 때문에 그간에는 '금속과 결합한 리보플라빈'을 구현하지 못했다.

공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 리보플라빈 안에서 금속이 결합할 수 있는 자리를 분자 수준에서 설계하고, 금속을 붙잡는 리간드(ligand) 구조를 정밀하게 배치하는 금속 화학적 접근법을 고안해 적용했다.

이를 통해 금속 주변의 전자·공간적 상호작용을 정교하게 제어함으로써 리보플라빈과 금속 결합체를 안정적으로 합성하는 데 성공했다.

공동연구팀의 연구 성과(논문)가 국제 학술지 '무기화학지' 표지 논문에 선정됐다. KAIST 제공

이번 성과는 리보플라빈이 가진 고유한 특성과 금속의 반응성을 하나의 시스템 안에 결합시킨 최초의 사례로 화학 반응을 미세하게 조절하는 '금속 기반 인공 효소' 개발의 가능성을 열었다는 점에서 의미를 갖는다.

백 교수는 "공동연구팀은 자연에서 발견되는 리보플라빈의 한계를 넘어 생체 분자를 금속 화학의 새로운 구성 요소로 확장했다"며 "이번 연구는 생체 분자 기반의 차세대 촉매와 에너지 전환 소재 설계의 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 KAIST 화학과 니투 싱(Neetu Singh) 박사와 임하늘 석박사통합과정이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 성과(논문)는 지난 5일 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제 학술지 무기 화학지(Inorganic Chemistry)에 게재된 동시에 표지 논문으로도 선정됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr