UNIST, 생체 속 물의 수소결합 에너지 측정법 제시

권오훈·곽상규 교수, 아주대 유태현 교수 공동 연구

인체 단백질 기능 분석 가능…앙게반테 케미 '주목받는 논문' 선정

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = UNIST 자연과학부 권오훈 교수팀은 '7-아자트립토판' 분자를 이용한 인체 단백질 구조를 결정하는 ‘수소 결합 에너지’를 측정하는 분석법을 개발했다. 사진은 권오훈(맨 왼쪽), 곽상규 (오른쪽) 교수팀. 2020.04.28. (사진=UNIST 제공)[email protected]

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 몸 안의 물의 특성을 파악해 에너지를 측정하는 방법을 알아냈다.

물은 인체 단백질의 구조와 기능에 영향을 미치므로 몸속 물의 특성을 알면 질병 원인 파악이나 신약 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

UNIST(총장 이용훈) 자연과학부의 권오훈 교수팀은 레이저 빛을 받으면 '주변 물에서 수소 이온을 뺏는 분자'를 이용해 생체 속 물이 가진 '수소 결합 에너지'를 분석하는 방법을 개발했다고 28일 밝혔다.

단백질 주변에 있는 물의 수소 결합 에너지를 측정할 수 있으므로, 그 구조와 기능 변화에 어떤 영향을 주는지도 파악할 수 있다. 이번 연구는 UNIST 에너지 및 화학공학부의 곽상규 교수팀과 아주대 응용생명화학공학과의 유태현 교수팀이 함께 진행했다.

수소 결합은 수소와 결합한 분자 주변에 나타나는 전기적 끌어당김이 만든 화학결합이다. 물 분자끼리의 연결이나 생체고분자의 구조를 결정하는 데에 이 결합이 중요한 역할을 한다. 수소 결합은 분자 사이에 작용하는 힘이므로 물에 둘러싸인 생체고분자의 구조에도 영향을 줘 기능을 바꾸게 된다.

생체 속 물 분자의 수소 결합 에너지를 파악하기 위해 공동연구팀은 빛을 받아 들뜬 상태가 되면 주변 물 분자의 수소 이온를 탐내는 분자(7-아자트립토판)를 활용했다. 이 분자가 물 분자의 수소 이온을 빼앗을 때 주변 물의 수소 결합이 끊어졌다가 재배치되는데, 그 반응 속도를 보고 물 분자의 수소 결합 에너지를 추론한 것이다.

연구팀은 7-아자트립토판을 이용한 인공단백질을 합성해 이 내용을 검증했다. 우선 7-아자트립토판이 들뜬 상태에서 방출하는 빛을 피코초(Picosecond, 10억 분의 1초) 단위로 측정하는 분광법을 이용해 반응 속도를 구했다.

그 결과 단백질 주변에서 물의 수소결합 에너지는 단백질이 없는 상태보다 낮게 나타났다. 단백질 주변의 물은 수소결합 에너지가 작아서 더 쉽게 끊어지는 것이다. 이는 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산한 결과와도 일치했다.

탐침 분자를 이용한 생체 특정 부분에서 물의 수소결합 에너지 측정 모식도(UNIST 제공)

권오훈 교수는 "이번 연구를 통해 생체 속 특정 영역에서 물의 수소결합 에너지를 도출하는 실험적 방법론을 제시했다"며 "생체고분자인 단백질의 구조나 접힘을 파악하고, 단백질-리간드(ligand) 결합과 같은 수많은 생물학적 현상에서 생체 속 물의 역할을 추적하는 데에 활용할 수 있어 신약 개발 등에 도움을 줄 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 화학 분야 최상위 저널인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'에  주목 받는 논문(Hot Paper)이자 표지 논문(Back Cover)으로 동시에 선정돼, 27일자로 출판됐다.


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