식물의 광합성 단백질 모사해

인공 안테나 단백질 합성

           - 지스트대학 서지원 교수팀, SCI급 학술지 Organic Letters 발표

           - 35억년 동안 식물이 발전시켜 온 광수확 효율에 도전
           - 강보영 학사과정생, 제1저자로 참여해 논문 게재 성과

 

 

 

 

□ 광주과학기술원 강보영 학생(화학전공 4학년)이 제1저자로 참여한 논문이 SCI급 국제학술지에 게재되었다. 광주과학기술원 서지원 교수 연구팀은 식물이 광합성을 위해 빛을 모으는 데 사용하는 안테나 단백질을 모방한 인공 안테나 단백질을 합성한 연구결과를 발표했다.

  o 인공 단백질은 용도에 맞게 구조를 설계할 수 있어서 안정적이고 제어가 용이하여 식물보다 더 높은 효율의 인공 광합성 안테나 개발이나 광전자 소재개발 등에 응용될 것으로 기대된다.

  o 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 유기화학 분야 권위지 Organic Letters 3월 8일자 온라인판에 게재되었다. (논문명 : Porphyrin-Peptoid Conjugates: Face-to-Face Display of Porphyrins on Peptoid Helices)

 

 

[그림 1] 분자 디자인 : 펩토이드 나선 구조 위에 포피린

사이의 거리와 포피린 간의 상대적 위치를 조절함

 

 

□ 광합성은 클로로필 염료들로 구성된 안테나 단백질이 빛을 모아 그 빛에너지를 화학결합의 형태로 저장하는 과정으로 요약된다.

  o 이같은 식물의 광합성 시스템을 인공적으로 구현하여 더 높은 광수확 효율을 얻기 위해서는 염료간의 최적거리 등에 대한 정보를 알아내는 것이 관건이었다.

 

 

 

[그림 2] 합성된 분자들의 모식도 : 원통형 모양은 펩토이드의 나선구조를 나타내고,

5번의 선 모양은 나선형 2차구조가 잡히지 않은 펩토이드를 나타냄

 

 

 

□ 연구팀은 나선구조로 되어 인공단백질 설계에 많이 활용되는 펩토이드*를 사용하여 5가지 형태의 인공 안테나 단백질을 설계하고 염료간 에너지 전달이 원활히 일어날 수 있는 최적화된 구조를 찾아냈다. (* 펩토이드(peptoid) : 생체 단백질의 기능을 인공적으로 모사하기 위해 개발된 신물질로 아미노산 40개 이하가 모여 이루어진 생체고분자인 펩타이드의 유도체이며 나선형 구조와 같은 2차 구조 형성이 용이해 인공 단백질 설계에 사용됨)

  o 펩토이드 골격이 나선구조를 이루고 염료간 가까이 있을 때(약 6 Å, 1 Å = 10-10 m), 염료분자가 들뜬 에너지 상태에서 서로 결합하는 것을 관찰한 것이다.

 

□ 펩토이드는 기존 가지구조의 고분자나 DNA의 나선구조를 이용하는 인공단백질에 비해 합성이 용이하고 구조를 정밀하게 제어할 수 있다는 것이 장점이다.

  o 특히 합성된 안테나 단백질은 자기조립(self-assembly)도 가능해 거대분자인 식물 안테나 단백질 모사에 적합하다는 설명이다.

 

 

 

[그림3] 포피린-펩토이드 복합체의 분광학적 특성과 구조적 특성 : (a) 흡수 스펙트럼,

(b) 흡수 스펙트럼의 농도 증가에 따른 적색편이, (c) 농도에 증가에 따라 자기 조립

현상에 의한 색깔의 변화를 나타냄, (d) Circular dichroism 스펙트럼

 

 

 

□ 서지원 교수는 “35억년간 식물이 발전시켜 온 광합성 시스템의 효율을 이기는 것은 쉬운 도전이 아니지만, 이번 연구결과는 인공 광합성 안테나의 대량생산을 위한 연구의 토대를 마련한 것”이라고 밝혔다.      <끝>

 

 

홍보기금팀‧홍보전략부

 

(*연구에 대한 보다 자세한 사항은 첨부된 보도자료를 참조)

(**중앙일보,매일경제,파이낸셜뉴스,디지털타임스,이데일리,연합뉴스,뉴시스,광주일보,전남일보,광남일보,광주매일,전남매일,대덕넷 등 보도)