| 초록 |
□ 연구개요 새로운 금속단백질 및 금속효소를 설계함으로써 금속이온의 무기화학적 반응성을 진화시키는 것에 있다. 기존 연구는 대부분 아연 금속이온이 결합할 수 있는 펩타이드 또는 단백질의 합성을 통해 가수분해반응의 촉진에 중점을 두고 있는 반면, 본 연구에서는 첫째, 구리/철이온과 같이 산화환원반응을 촉진할 수 있는 인공효소를 합성하고, 둘째, 금속효소 사이의 변환관계를 살펴보며, 셋째, 다양한 금속이온의 성질을 이용해 새로운 단백질 자기조립체를 합성하는데 있다. 이와 같은 연구를 수행하기 위해서는 공통적으로 단백질이라는 다기능성 수용액상 리간드가 특정 금속이온과 선택적이고 강한 결합성을 가질 수 있도록, 배위구조를 고려한 설계가 필요할 것이다. 따라서 자연계에서 발견되는 금속단백질의 배위구조분석과 함께, 아미노산의 치환, 인공아미노산의 발현 등을 통해 리간드의 작용기를 합성할 예정이다. 또한 구조와 작용기작에 기반한 이성적 합성법과 함께, 방향족 진화법을 사용하고, 세포내 특정위치내에 발현을 통해서 단백질성 리간드가 가지는 특징을 최대화할 예정이다. 그 결과, 인공 단백질을 설계할 수 있는 방법을 도출하고, 특정 기능 및 구조를 가지는 단백질 기반의 생체촉매 및 생체 물질을 합성하는 것을 목표로 한다. 그리고 실험실내 방향족 진화법을 적용함으로써, 인공 금속단백질의 진화과정을 이해하고, 자연계에서의 금속효소의 합성과정을 추론해 낼 수 있다. □ 연구 목표대비연구결과 우수신진 과제 지원 당시 위 표에서와 같이 3가지의 세부 연구목표를 제시하였으며, 지난 3년간의 과제 수행기간 동안 최초 제시한 연구목표를 달성하기 노력하였다; 1)산화환원반응이 가능한 인공 금속효소의 합성법 연구 2) 금속효소와 비금속효소의 반응성 조절기작 연구 3) 금속이온을 이용한 단백질의 구조 조절법의 개발. 본 연구진은 1차, 2차 배위구조의 변화에 따른 다양한 인공 구리산화효소를 합성하였으며, 금속배위자리의 물성 및 반응성을 연구하였으며. 아연이온을 이용한 베타-락탐효소의 유도진화를 통해, 효소반응성의 발현 과정에 대해 연구하였고, 금속이온에 따른상이한 배위결합과 금속이온결합 자리의 조절을 통해 금속에 선택적이면서 다양한 모양의 단백질 자기조립체를 합성하였다. 그 결과, 각 세부 연구목표 별로 3, 3, 1편, 총 7편의 논문을 출판, 사사함으로써(Chemical Communications, Chemical Science, Natural Communications 포함, 모두 교신저자), 100%의 달성도를 보였다고 자체 평가하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및기대효과(연구개발결과의중요성) 단백질성 리간드가 금속이온과 결합하여 만들어지는 배위착화합물을 설계하고, 인공금속단백질 및 금속효소의 구조 및 기능을 연구함으로써 다양한 반응 조건, 물질의 종류에서 나타나는 무기화학적 다양한 반응성을 연구할 수 있다. 특히, 수용액상이자 폴리펩티드라는 거대 분자내부에서 나타나는 무기화학적 물성과 조절 기작을 단백질이라는 리간드의 서열 조작을 통해 구현해 냄으로써, 여러 계층, 크기의 분자와 금속이온 사이의 반응성을 이해할 수 있는 지식의 기반을 마련해 낼 수 있다. 또한 다양한 인공 금속단백질, 금속효소를 실험실 내 방향적 진화를 통해, 자연친화적이고, 생체내 선택적 발현이 가능하며, 서열의 변화가 용이한 생촉매 및 생체물질로 전환할수 있다. 그리고 금속단백질의 진화과정을 조절하는 화학인자를 유추해 내고, 더 나아가 단백질의 새로운 설계 매커니즘 및 방법을 제시할 수 있다. 이와 같은 연구를 통해, 무기화학, 생화학, 단백질 공학이라는 다학제적인 연구를 수행할 수 있는 후학을 양성하고, 무기화학 분야를 더욱 넓고 깊게 발전시킬 수 있을 것으로 기대한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
