생체 내 대사반응의 감초, 수퍼옥소 구조 규명

[산업일보]
백 만 분의 일 초 존재했다 사라지는 화합물의 결정구조가 베일을 벗었다. 국내 연구진이 주축이 돼 산소가 활성화될 때 나타나는 중간체(철(III)-수퍼옥소 종)의 결정구조를 밝힌 것이다. 향후 생체 내 산소활성화 과정을 모방한 친환경 화합물 처리기술 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

이화여대 화학-나노과학과 남원우 교수, 홍승우 박사와 스탠포드대 솔로몬 교수가 공동으로 진행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업(GRL)과 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원을 받아 수행됐고 연구결과는 과학분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스지(Nature Communications) 온라인판에 게재됐다.

세포 내 산소화 효소를 모방, 공기 중의 산소를 활성화시킬 수 있는 촉매가 개발되면 다양한 화학반응 공정에 활용할 수 있다.

하지만 산소 활성화 과정에서 생성되는 중간단계의 화합물, 철(III)-수퍼옥소 종이 워낙 불안정해 연구가 많이 이뤄지지 못했다.

연구팀은 세포가 가지고 있는 철을 함유한 산소화 효소를 모방한 인공효소를 합성하고 이를 이용해 저온에서 안정적인 철(III)-수퍼옥소 종을 만들고 그 단결정을 얻는 데 성공했다.

산소 활성화 과정에서 잠깐 나타났다 사라지는 철(III)-수퍼옥소 종의 구조를 포착, 향후 공기 중에 풍부한 산소를 이용한 친환경화학공정 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

나아가 단결정 분석결과 철(III)-수퍼옥소 종이 두 개의 산소원자가 철을 중심으로 T자형으로 결합돼 있음을 밝혀냈다.

이러한 구조 덕분에 전자를 다른 화합물에 줄 수 있을 뿐 아니라 받을 수도 있다는 것. 연구팀은 실제 철(III)-수퍼옥소 종이 망간화합물에 산소 분자를 전달할 수 있음을 확인했다.

남원우 교수는 “이번 연구결과를 발전시켜 산소 분자 활성화 반응의 역반응인 산소-산소 결합 반응의 메커니즘을 이해하고 친환경 대체 에너지나 촉매의 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.