펩토이드 3차원 구조 조절 원리 규명

- 서지원·윤명한 교수, 신혜민 학생 Chemical Communications에 논문 게재
- 단량체 위치·개수따라 나선구조 변화…지스트대학 강창묵학생 제2저자 참여 

 

 

   

 

 

□ 학부생이 참여한 지스트(GIST) 연구진이 생체 단백질의 기능을 모방하기 위해 개발된 나선구조의 인공 단백질 재료인 펩토이드(peptoid)*의 3차원 구조를 원하는 대로 조절할 수 있는 원리를 규명했다. 새로 개발한 펩토이드 3차원 구조 조절법을 활용하면 다양한 기능의 인공 단백질을 정교하게 제어할 수 있어 인공 광합성 소재 개발 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 * 펩토이드(peptoid) : 생체 단백질의 기능을 인공적으로 모사하기 위해 개발된 신물질. 아미노산 40개 이하가 모여 이루어진 생체 고분자인 펩타이드의 유도체이며, 나선형 구조와 같은 2차 구조 형성이 용이해 인공 단백질 설계에 사용됨.

 

□ 지스트 학사과정인 지스트대학 기초교육학부 서지원 교수와 신소재공학부 윤명한 교수(공동 교신저자)가 주도하고, 신소재공학부 신혜민 학생(박사과정‧제1저자)과 지스트대학 강창묵 학생(4학년‧제2저자)이 수행한 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업 및 지스트 차세대에너지연구소(RISE)의 차세대 태양전지 기술개발 및 연구기반 구축사업의 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 국제적으로 권위 있는 화학 분야 학술지인 케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical Communications)지 3월 7일자에 온라인으로 게재됐다.

* 논문명:  Peptoid helicity modulation: precise control of peptoid secondary structures via position-specific placement of chiral monomers.)

 

□ 생명체는 치열한 생존 경쟁에서 살아남기 위해 광(光)에너지 저장 및 생성, 적 침입에 대한 방어 메커니즘 등 수많은 생체 내 기능들을 필요로 하는데, 생체 단백질은 이러한 기능을 담당하는 핵심적인 분자이다.

 

  o 그러나 그 기능이 생체 내에서 최적화 되어 있는 생체 단백질은 생체 밖에서 안정적인 기능을 나타내기 어렵기 때문에, 정교한 기능을 가지면서도 다양한 목적의 소재로서 생체 밖에서도 활용 가능한 생체모방형(bioinspired) 인공 단백질 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.

 

  o 인공 단백질 연구 분야에서 ‘펩토이드(peptoid)’는 최근 활발히 연구되고 있는 대표적인 펩타이드(peptide)* 유도체이다. 펩타이드와 유사한 서열을 갖지만, 인공적인 구조이기 때문에 안정성을 지니고 그 구조를 인간이 정밀하게 컨트롤 하는 것이 가능하기 때문에 인공 단백질 연구에 사용되는 생체모사 재료이다. 펩토이드를 원하는 대로 구현해 다양하고 실용적인 연구를 진행하기 위해서는 펩토이드의 3차원 구조를 조절할 수 있어야 한다.

 

 

 

 

 

 

□ 지스트 연구팀은 펩토이드의 구조 형성에 중요한 단량체(monomer)*의 사슬 내 위치와 개수에 따라 3차원 나선구조(helical structure) 접힘(folding)을 미세하게 조절할 수 있음을 알아냈다.

 

o 연구팀은 원편광 이색성 분광법(Circular Dichroism Spectroscopy)을 통해 아미노 말단(N-terminus)에서 두 번째 위치와 카르복시 말단(C-terumins)에서 첫 번째 위치가 펩토이드 구조 형성에 중요하다는 점을 밝혀내고, 이 위치에 단량체 종류를 변화시키면 펩토이드의 나선 구조를 제어할 수 있음을 증명했다.

 

□ 이번 연구 결과로 펩토이드 인공 단백질의 나선구조를 원하는 대로 프로그래밍 하고 다양한 기능을 정교하게 제어할 수 있게 돼 향후 생체 모사(模寫)형 인공 광합성 소재 개발과 생리활성용 스마트 분자 설계 등 다양한 분야에 적용할 수 있게 되었다.

 

□ 서지원 교수는 “이번 연구 결과는 생체 단백질의 최적화된 시스템을 모방한 인공 단백질을 설계하는 데 큰 도움을 줄 수 있다”며 “향후 인공광합성 단백질, 항균 펩타이드 등의 연구에 응용해 에너지 소재, 의약품 연구 등에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.      <끝>