울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 권오훈 교수팀은 '레이저 빛을 받으면 주변 물에서 수소 이온을 빼앗는 분자'를 이용해 생체 속 물이 가진 수소결합 에너지를 분석하는 방법을 개발했다고 밝혔다.

3일 UNIST는 이 연구를 통해 단백질 주변에 있는 물의 수소결합 에너지를 측정할 수 있어, 그 구조와 기능 변화에 어떤 영향을 주는지도 파악할 수 있다고 설명했다.

▲ 수소결합 에너지를 분석하는 방법을 연구한 논문이 소개된 국제학술지 '앙게반테 케미' 표지.

곽상규 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀과 유태현 아주대 응용생명화학공학과 교수팀도 이 연구를 함께 진행했다.

수소결합은 수소와 결합한 분자 주변에 나타나는 전기적 끌어당김이 만든 화학결합이다.

물 분자끼리 연결이나 생체고분자 구조를 결정하는 데 이 결합이 중요한 역할을 한다.

수소결합은 분자 사이에 작용하는 힘이므로 물에 둘러싸인 생체고분자 구조에도 영향을 줘 기능을 바꾸게 된다.

따라서 생체고분자의 구조와 기능을 이해하려면 특정 위치에서 물의 수소결합 에너지를 아는 게 중요하다.

그러나 생태고분자는 수많은 물 분자 속에 둘러싸여 원하는 위치에서 영향을 주는 물 분자들의 수소결합 에너지를 측정하기 어렵다.

공동연구팀은 생체 속 물 분자의 수소결합 에너지를 파악하고자 빛을 받아 들뜬 상태가 되면 주변 물 분자의 수소 이온을 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 수소결합 에너지를 추론한 것이다.

연구팀은 7-아자트립토판을 이용한 인공단백질을 합성해 이 내용을 검증했다.

우선 7-아자트립토판이 들뜬 상태에서 방출하는 빛을 피코초(10억분의 1) 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.

권 교수는 "이번 연구를 통해 생체 속 특정 영역에서 물의 수소결합 에너지를 도출하는 실험적 방법론을 제시했다"면서 "생체고분자인 단백질의 구조나 접힘을 파악하고 수많은 생물학적 현상에서 생체 속 물의 역할을 추적하는 데 활용할 수 있어, 질병 원인 규명이나 신약 개발 등에 도움을 줄 것"이라고 밝혔다.

화학 분야 국제 학술지인 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)는 이번 연구를 '주목받는 논문'(Hot Paper)과 '표지 논문'(Back Cover)으로 동시에 선정해 이달 27일 자로 출판했다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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