"식물 광합성 지배할 날 머지않았다"

식물이 광합성을 위해 빛을 모으는 데 사용하는 '안테나 단백질'을 인공적으로 대량생산하는 데 필요한 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.


미래창조과학부는 한국연구재단과 공동 추진한 신진연구자지원사업의 일환으로 광주과학기술원 서지원 교수(사진)와 강보영 학생(화학과 4학년)이 제1저자로 참여한 '인공 안테나 단백질 합성' 연구 성과를 22일 소개했다.

인공 단백질은 용도에 맞게 구조를 설계할 수 있어 안정적이고 제어하기가 쉽다. 따라서 보다 더 높은 효율의 인공 광합성 안테나나 광전자 소재개발 등에 응용될 것으로 기대된다.

최근 과학계에선 식물의 광합성 시스템을 인공적으로 구현해 더 높은 광수확 효율을 얻는 연구가 주목을 받고 있다. 다만, 이를 위해선 염료간의 최적거리 등에 대한 정보를 알아내는 것이 관건이다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 나선구조로 돼 인공단백질 설계에 많이 활용되는 펩토이드를 사용, 5가지 형태의 인공 안테나 단백질을 설계하고 염료 간 에너지 전달이 원활히 일어날 수 있는 최적화된 구조를 찾아냈다.

연구팀은 펩토이드 골격이 나선구조를 이루고 염료간 가까이 있을 때(약 6 A, 1 A = 10-10 m) 염료분자가 들뜬 에너지 상태에서 서로 결합하는 것을 관찰했다.


펩토이드는 기존 가지구조의 고분자나 DNA의 나선구조를 이용하는 인공단백질에 비해 합성이 용이하고 구조를 정밀하게 제어할 수 있다는 것이 장점이다.

특히 합성된 안테나 단백질은 자기조립(self-assembly)도 가능해 거대분자인 식물 안테나 단백질 모사에 적합하다는 게 연구팀의 설명이다.

서지원 교수는 "35억년간 식물이 발전시켜 온 광합성 시스템의 효율을 이기는 것은 쉬운 도전이 아니었다"며 "이번 연구결과는 인공 광합성 안테나의 대량생산을 위한 연구의 토대를 마련한 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 미국화학회가 발행하는 국제 저명저널인 '오가닉 레터스(Organic Letters)' 3월 8일자 온라인 판에 게재됐다.

◇용어설명

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