체내 산소활성화 중간체 '슈퍼옥소' 구조 규명..친환경 화학공정 단초

산소가 불안정해지면서 활성산소로 전환될 때 나타나는 중간체(철(Ⅲ)-슈퍼옥소)의 결정구조가 밝혀졌다. 이번 연구결과는 향후 몸 안에서의 산소활성화 과정을 모방한 친환경 화합물 처리기술 개발의 실마리가 될 것으로 평가받고 있다.

이화여대 화학-나노과학과 남원우 교수와 홍승우 박사는 16일 미국 스탠포드대 솔로몬 교수와 공동으로 진행한 연구를 통해 체내 산소가 활성화될 때 100만분의 1초 정도 존재했다 사라지는 중간체 철(III)-수퍼옥소 종의 결정구조를 규명했다고 밝혔다.

슈퍼옥소는 산소(O₂)에 전자 하나가 결합된 반응성이 매우 강한 물질이다. 생체 내 대부분의 활성산소 종이 생성될 때 그 출발이 되는 물질로 알려졌다.

반응성이 강해 매우 불안정하고 반응 초기 존재시간도 매우 짧아 구조를 규명하기 어려웠다.

연구팀은 세포가 가지고 있는 철을 함유한 산소화 효소를 모방해 인공효소를 합성했다. 산소화 효소는 산소를 활성화시켜 얻은 여러 중간체로, 산소 운반 및 각종 물질대사 반응에 참여하는 생체단백질이다.

이후 합성한 인공효소를 이용해 저온에서 안정적인 철(III)-슈퍼옥소를 만들어 그 단결정을 얻는 데 성공했다.

단결정 분석결과 철(III)-슈퍼옥소는 두 개의 산소원자가 철을 중심으로 T자형으로 결합됐음을 규명, 전자를 이용한 화합물 결합 및 분리에 용이하다는 점도 알아냈다. 철(Ⅲ)-슈퍼옥소는 체내 반응에서처럼 가지고 있던 산소 분자를 망간(Mn) 화합물에 전달했다.

이같이 산소 활성화 과정에서 잠깐 나타났다 사라지는 철(III)-수퍼옥소의 구조를 포착함으로써 향후 공기 중에 있는 풍부한 산소를 이용한 친환경 화학공정 개발에 탄력이 붙을 것이란 분석이다.

일례로 공기 중의 산소를 활성화시킬 수 있는 촉매 개발 등 다양한 화학반응 공정에 활용한다는 설명이다.

남원우 교수는 "이번 연구결과를 발전시켜 산소 분자 활성화 반응의 역반응인 산소-산소 결합 반응의 메커니즘을 이해하고 친환경 대체 에너지나 촉매의 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 과학분야 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스지'(Nature Communications) 온라인판 16일자에 게재됐다.

[e-mail] 김학재 기자