국내 연구진이 생체분자의 3차원 입체 구조를 1조분의 1초 시분해능으로 관찰할 수 있는 측정법을 개발, 생체 내 근본적 생화학 반응 메커니즘을 규명하는 데 전기를 마련했다.

17일 교육과학기술부에 따르면 고려대 화학과 조민행 교수팀과 한국기초과학지원연구원 이한주 박사팀은 1조분의 1초 이하, 이른바 펨토 초 단위의 레이저를 이용해 생체분자의 3차원 입체 구조를 분석하는 데 유용한 극초고속 광학 이성질체 측정 및 계산법을 개발했다.

분자 중에도 마치 사람의 왼손과 오른손처럼 그 거울상과 서로 포개질 수 없는 것들, 즉 3차원 입체 구조가 서로 다른 것들이 있는데 이를 광학 이성질체라 한다.

자연계에 존재하는 대부분의 생체 물질 및 합성 신약들은 광학 이성질체로 되어 있다. 따라서 새로운 신약 및 생체 반응의 특성을 이해하기 위해서는 3차원 광학 이성질체 구조를 분석 측정하는 기술이 대단히 중요하다.

특히 생체반응 중 수반되는 분자의 빠른 구조 변화를 관찰하기 위해서는 초고속 시분해능이 겸비된 구조 분석 장비가 필요한데, 기존 방법은 시분해능이 길게는 수 시간에 달하는 상황이었다.

이번 공동연구진은 분광학 이론 및 컴퓨터 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용해 펨토 초 광학 이성질체 측정법 개발에 성공, 실험적 측면에서 기존의 극미세 신호 및 시분해능 한계를 독창적인 방식으로 극복했다.

이론ㆍ계산적 측면에서는 분자역학 시뮬레이션 기법을 활용한 새로운 시간 상관 계산법을 개발, 실험과의 정량적 일치를 통해 방법의 타당성을 입증했다.

나아가 이번 연구는 단백질 접힘-펴짐 현상, DNA-단백질 결합 등과 같은 생체 내 근본적인 생화학 반응 및 비대칭 화합물들의 화학 반응의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 미국화학회(ACS) 발간지(Accounts of Chemical Research) 8일자 온라인판에 발표됐다.