[대학저널 신효송 기자] DGIST(총장 신성철) 뉴바이올로지전공 남홍길 Fellow(펠로우, IBS 식물노화·수명연구단장) 연구팀이 미국 스탠포드대학 리처드 제어(Richard N. Zare) 교수 연구팀과 공동으로 마이크로 크기의 물방울에서 효소의 도움 없이 자연적으로 엽록소의 탈금속반응이 1000배 가속되는 현상을 발견했다.

광합성은 식물이 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 과정이다. 지구상 모든 생명체의 에너지 근원이다. 광합성은 '광합성 공장'인 엽록체에서 이뤄진다. 엽록체 내의 녹색 색소 분자 '엽록소'는 광합성 첫 단계에서 흡수한 빛 에너지로 물을 분해해 산소를 만드는 동시에 산성 구배를 만들어 화학 에너지인 ATP를 만든다.

연구팀은 빛 에너지의 흡수 및 전환의 조절 비밀을 밝히기 위해 엽록소의 화학반응에 주목했다. 엽록소는 산성 조건에서 엽록소 분자 중심에 있는 마그네슘 이온이 수소 이온으로 교체되는 탈금속반응이 일어난다. 지금까지 일반 용액에서 탈금속반응을 실험할 경우 반응 속도가 빛 에너지의 흡수와 전달 속도에 비해 매우 느려 광합성에서 그 중요성이 간과돼 왔다.

남홍길 Fellow 연구팀은 지난 2015년 개발한 마이크로 크기의 물방울에서 생화학물의 반응 속도를 측정하는 방법을 엽록소 탈금속반응에 적용해 반응 속도가 약 1000배나 빨라진다는 사실을 발견했다. 이는 엽록소 반응의 중요성을 재발견해 광합성 조절에 대한 새로운 기전의 가능성을 제시한 것이다.

DGIST 남홍길 Fellow는 "엽록소는 산화되면 광합성 기능을 잃지만 탈금속반응은 엽록소의 산화를 방지하는 역할을 수행해 엽록소를 보호할 수 있다"며 "이러한 반응이 기존 생각과 달리 효소의 작용 없이도 충분히 빠를 수 있음을 제시한 연구"라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 생물물리 분야 최고의 국제학술지 '쿼터리 리뷰스 오브 바이오피직스(Quarterly Reviews of Biophysics)' 2월 1일자 온라인판에 게재됐다.

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