논문표지
성균관대학교(총장 신동렬) 화학과 송충의 교수(문행석좌교수) 연구팀은 통제가 거의 불가능한 물속에서 양성자의 매우 빠른 거동 제어를 통해 다양한 생체효소반응의 완전한 모방이 가능한 것을 밝혔다.
당합성 및 당대사 등 다양한 생체 내 반응에 관여하는 광학선택적 양성자화반응은 탄소음이온에 양성자가 광학선택적으로 결합하는 반응이다. 광학선택성이란 두 개의 거울상 이성질체 중 원하는 거울상이성질체만을 생성하는 것을 뜻한다. 거울상 이성질체란 오른손과 왼손처럼 모양은 같지만 서로 거울에 비친 형태를 가지는 분자로서 어떠한 경우에도 서로 겹칠 수 없는 에너지가 동일한 분자를 말하며, 서로 겹칠 수 없는 이런 거울상의 관계를 카이랄(chiral)이라고 한다.
하지만 양성자의 물속에서의 엄청나게 빠른 거동(1~2 picoseconds; 1조분의 1초) 때문에 물속에서 양성자의 거동을 조절해야 하는 광학선택적 양성자화 반응은 거의 불가능한 것으로 여겨져 왔다.
이에 연구진은 생체 내 반응에서 물을 반응매개로 사용할 때 나타나는 소수성 수화효과(hydrophobic hydration)를 이용하여, 기존에는 제어할 수 없었던 물속에서 양성자의 빠른 거동을 완벽히 통제함으로써 가장 도전적인 화학반응 중 하나로 여겨져 왔던 물속에서의 광학선택적인 양성자화 반응을 가능케 했다.
본 연구는 생체 내에서의 해독 대사작용 중, 세포독성이 매우 강한 메틸글라이옥살과 같은 각종 글라이옥살(알파-옥소알데히드) 화합물들의 탈독성화반응을 모티브로 했다. 이러한 반응은 생체 내에서 Glyoxalse 1 효소에 의해 조절되며 광학선택적인 양성자화 반응을 경유한다. 본 연구에서 개발한 인공 Glyoxalse 1 효소시스템은 물속에서 독성이 강한 글라이옥살 화합물들로부터 의약품 및 천연물 합성의 핵심물질로 여겨지는 각종 키랄 α-하이드록시싸이오에스터 화합물들을 높은 수득율과 높은 광학선택성으로 제조할 수 있는 획기적인 방법을 제공한다. 아울러 키랄 α-하이드록시싸이오에스터 화합물들은 그 자체로 항암활성, 진경효과 등 다양한 의약활성을 갖는다.
송충의 교수는 “본 연구는 Glyoxalase 1 효소반응 뿐만 아니라 물속에서 이루어지는 모든 생체 내의 다양한 효소반응을 모방하는 데 획기적인 패러다임을 제공할 것이다”며 “자연 친화적인 물을 사용하기 때문에 550억불 이상의 세계시장을 갖는 카이랄 의약품 중간체의 산업적 적용이 쉽게 가능할 것이다”고 말했다.
본 연구결과는 화학 관련 세계적인 권위지인 미국화학회지(IF=14.612)에 2.17(수) 수록되었으며, 표지 논문으로 선정됐다.
※ 논문명 : Bio-inspired water-driven catalytic enantioselective protonation
(공동 제1저자 박시준, 황인수, 박영준, 교신저자 송충의)
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