비타민 B2(리보플라빈)는 음식이 몸속에서 에너지로 바뀌도록 돕는 중요한 보조효소다.
KAIST 화학과 백윤정 교수팀이 기초과학연구원(IBS) 권성연 박사와 공동연구로 금속을 결합해 전자를 전달하는 리보플라빈 기능에 금속의 반응조절 능력을 더한 새로운 인공 효소를 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 자연 효소보다 더 정밀하고 안정적으로 작동해 에너지 생산과 환경 정화, 신약 개발 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.
공동연구팀은 리보플라빈이 금속 이온과 결합할 수 있는 새로운 분자 시스템을 합성했다.
리보플라빈은 질소와 산소가 복잡하게 얽힌 고리 구조를 가져 금속이 선택적으로 결합하기 어려운 구조적 한계가 있었다.
연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 플라빈 내에 금속이 결합할 수 있는 자리를 분자 수준에서 설계하고, 금속을 붙잡는 리간드 구조를 정밀하게 배치하는 금속화학적 접근법을 적용했다.
이를 통해 금속 주변의 전자적·공간적 상호작용을 정교하게 제어함으로써 플라빈-금속 결합체의 안정적 합성에 성공했다.
이번 성과는 플라빈이 지닌 고유한 특성과 금속의 반응성을 하나의 시스템 안에 결합시킨 최초의 사례로, 화학반응을 미세하게 조절하는 금속 기반 인공효소 개발의 가능성을 열었다는 평가를 받는다.
백 교수는 “자연에서 발견되는 플라빈의 한계를 넘어 생체 분자를 금속화학의 새로운 구성 요소로 확장했다”며 “이번 연구는 생체 분자를 기반으로 한 차세대 촉매와 에너지 전환 소재 설계의 새로운 방향을 제시한다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST 화학과 니투 싱 박사와 임하늘 석박사통합과정이 공동 제1저자로 참여했고, 연구성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 무기화학지(Inorganic Chemistry) 표지논문으로 지난 5일 게재됐다.
(논문명: Tautomerizable Flavin Ligands for Constructing Primary and Secondary Coordination Spheres, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5c03941 / 저자정보: Neetu Singh (KAIST, 공동 제1 저자), 임하늘 (KAIST, 공동 제1 저자), 권성연 (IBS, 제2 저자), 김동욱 (IBS, 제3 저자) 및 백윤정 (KAIST, 교신저자)
