국내 연구진이 3차원(3D)으로 보고 제어하는 단백질 화학반응 메커니즘을 규명했다.
신약 개발과 의학 치료 등 다양한 분야에 적용이 가능할 전망이다. 기초과학연구원(IBS)은 나노물질 및 화학반응연구단 그룹리더팀(KAIST 화학과 이효철 교수, 정양욱 박사)은 단백질 내 화학반응의 전이상태와 반응 경로를 3D 구조로 실시간 규명하고 제어하는데 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 세계적인 권위 학술지인 네이처 케미스트리지 온라인 판에 게재됐다.
과학자들은 레이저 기술을 이용해 분자의 움직임을 연구해 왔지만, 레이저 기술만으로는 분자의 움직임에 대한 정확한 정보를 얻을 수 없다. 분자의 위치를 정확하게 알아내기 위해서는 엑스선 회절법이나 핵자기공명법이 이용된다. 하지만 이 방법들은 분자의 움직임 같은 빠른 움직임을 관찰할 수 없다. 이 때문에 레이저 기술과 엑스선 회절법 기술을 결합한 시간분해 엑스선 회절법을 이용하면 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치 정보와 함께 측정할 수 있다.
이효철 그룹리더팀은 이 같은 시간 분해 엑스선 회절법을 이용해 광이성질체화(photo-isomerization)라는 단백질 내 화학반응 중 전이상태와 그 반응 경로를 원자 수준의 3차원 구조로 밝혀냈다. 광이성질체화 반응은 눈의 망막에서 일어나는 반응과 비슷한 반응으로 빛을 흡수한 특정 분자의 구조가 변화하는 반응이다.
연구성과는 화학 반응 전이상태 관찰을 통해 전이상태를 조작할 수 있는 기반을 마련한 것이며 이는 화학반응 제어를 통한 신약 개발 및 의학 치료 등 다양한 분야에 적용될 것으로 예상된다.
특히 연구진은 광이성질화 반응 경로가 단일경로였던 기존 연구결과와 다르게, 두 종류의 다른 반응 경로가 경쟁적으로 존재함을 최초로 확인했다.
이효철 그룹리더는 “앞으로 차세대 가속기인 엑스선 자유전자 레이저를 이용하면 좀 더 빠른 시간대의 데이터를 얻을 수 있어 전이상태 중의 구조 뿐 아니라 나아가 전이상태 이전의 구조도 규명해 낼 수 있을 것”이라고 밝혔다.
홍기범기자 kbhong@etnews.com
