비타민B2가 금속 만나 환경·건강 지키는 인공효소로

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)이 기초과학연구원(IBS)과 리보플라빈에 금속을 결합하고, 기존 전달 기능에 금속 반응 조절 능력을 더한 새로운 인공 효소를 만들었다. 자연 효소보다 더 정밀하고 안정적으로 작동해 에너지 생산과 환경 정화, 신약 개발 등에 활용할 가능성을 제시했다.

KAIST는 백윤정 화학과 교수 연구팀이 권성연 IBS 박사 연구를 통해 이같이 새로운 분자 시스템을 합성했다고 11일 밝혔다.

연구진의 단체 사진.(왼쪽부터) 니추 사이 박사, 임하늘 석박사통합과정, 권성연 IBS 박사 (뒤쪽)백윤정 교수.(사진=KAIST)

플라빈은 생명체 내에서 전자 전달과 광반응을 조절하는 중요한 유기 조효소로, 다양한 효소 반응에 관여한다. 대표적으로 비타민 B2(리보플라빈)의 형태로 존재하며, 색소 특성을 바탕으로 빛을 흡수하고 방출한다.

그동안 플라빈은 질소와 산소가 복잡하게 얽힌 고리 구조를 가져 금속이 선택적으로 결합하기 어려운 구조적가 있다. 이에 과학자들이 ‘금속과 결합한 플라빈’을 구현하지 못했다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 플라빈 내에서 금속이 결합할 수 있는 자리를 분자 수준에서 설계하고, 금속을 붙잡는 리간드(ligand) 구조를 정밀하게 배치하는 금속화학적 접근법을 적용했다.

그 결과, 금속 주변의 전자적·공간적 상호작용을 정교하게 제어해 플라빈·금속 결합체를 안정적으로 합성했다. 플라빈이 지닌 고유한 특성과 금속의 반응성을 하나의 시스템 안에 결합한 사례로 화학 반응을 미세하게 조절하는 ‘금속 기반 인공 효소’ 개발 가능성을 제시했다.

백윤정 교수는 “자연에서 발견되는 플라빈의 한계를 넘어 생체 분자를 금속화학의 새로운 구성 요소로 확장했다”며 “생체 분자를 기반으로 한 차세대 촉매와 에너지 전환 소재 설계의 새로운 방향을 제시한다”고 말했다.

연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 국제 학술지 ‘무기화학지(Inorganic Chemistry)’에 지난 5일자로 게재됐다.