분자 빠른 구조변화 측정법 개발

분자의 빠른 구조 변화 관찰에 유용한 측정법이 개발됐다.

교육과학기술부(장관 이주호)는 17일 펨토 초(1조분의 1초 이하) 레이저를 이용해 생체분자의 3차원 입체 구조를 분석하는 데 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정 및 계산법이 국내연구진에 의해 개발됐다고 밝혔다.

조민행 고려대학교 화학과 교수팀과 이한주 한국기초과학지원연구원 박사팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 교육과학기술부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 한국기초과학지원연구원(원장 박준택)의 창의연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구결과는 미국 화학회(American Chemical Society)에서 발간하는 Accounts of Chemical Research지(IF=18.203)에 지난달 8일자 온라인판으로 발표됐으며 학술지에는 12월 21일에 게재될 예정이다.

새로운 신약 및 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 중요하다. 자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질 및 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있기 때문이다.

생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요하다. 하지만 기존의 방법들은 근본적인 측정 원리의 한계로 인해 시분해능이 길게는 수 시간에 달하며 이는 분자들의 움직임에 비해 무한히 느린 한계가 있었다.

공동연구진은 생체분자의 3차원 입체 구조를 1조분의 1초 시분해능으로 관찰할 수 있는 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공해 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다.

연구진은 이론?계산적 측면에서는 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용한 새로운 시간 상관 계산법을 개발하고 실험과의 정량적 일치를 통해 방법의 타당성을 입증했다.

연구진은 이번 연구 성과를 바탕으로 현재 적절한 들뜸-탐침 방법을 연동하여 생체 시스템에서 일어나는 다양한 생체분자의 구조 다이나믹스 연구를 진행할 예정이다.

연구가 지속되면 단백질 접힘-펴짐 현상, DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는데 중요한 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 의약(high-throughput screening) 및 재료과학에도 널리 사용될 것으로 기대된다.

조민행 고려대학교 교수는 “새로운 분광학적 방법의 개발은 파급효과가 대단히 크다”면서 “적용 가능한 분야의 종류가 거의 무궁무진하다“고 밝혔다.

이한주 한국기초과학지원연구원 박사는 “광학 이성질체 측정에 있어 기존 방법의 한계를 개선시킨 수준을 넘어 독창적인 방식을 통해 초고속 시분해능에 도달했다”면서 “연구는 실험(기초연)과 이론(고려대)적 결과가 이상적으로 결합돼 시너지 효과를 일으킨 좋은 예이며 앞으로도 이러한 창의적 학연 공동 연구의 장이 많이 마련되기를 바란다”고 강조했다.