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효소enzyme 효소 작용 ‘모방’해 신약을 ‘창조’
2013-08-22 15:55:31
이엠생명과학연구원

효소 작용 ‘모방’해 신약을 ‘창조’

  '모방은 창조의 어머니'라는 말이 있다. 2003년 7월부터 창의연구단에 선정된 생체모방시스템연구단을 이끌고 있는 이화여자대학교 나노과학부/화학전공 남원우 교수는 이 격언의 산 증인이다.
몸 안에는 생명활동에 필요한 화학반응이 빨리 일어날 수 있도록 도와주는 단백질이 존재한다. 이것이 바로 효소. 효소가 작용하는 메커니즘을 모방해 신약을 창조하는데 응용하는 게 남 교수 연구팀의 목표다.
그가 흉내하기로 마음먹은 효소는 ‘사이토크롬 P450’ 이는 땀이나 소변 속에 섞여 나오는 지방성분의 노폐물을 물에 녹는 형태로 바꿔주는 화학반응을 도와주는 효소다. 또 사이토크롬 P450은 산소를 활성화시켜 에너지를 만들 때나 노화의 원인이 되는 활성산소를 제거할 때 쓰이기도 한다.
효소는 체내 화학반응에 쓰이는 동안 하나 또는 여러 단계를 거치면서 형태가 조금씩 변한다. 이를 효소의 '중간체'라고 한다. 따라서 특정 효소가 작용하는 메커니즘을 이해하려면 중간체의 형태나 기능을 알아내야 한다.
그럼에도 불구하고 중간체의 형태나 기능까지 모두 알려져 있는 효소는 그리 많지 않다. 워낙 순식간에 일어나는 반응이기 때문이다. 화학반응이 완전히 이뤄질 때까지 효소의 중간체는 극히 짧은 시간 동안만 존재한다. 중간체가 생긴 순간을 정확히 포착해서 이를 분리해내기란 그야말로 '하늘의 별따기'인 셈이다.
그래서 먼저 중간체의 형태를 예상해 합성한다. 이 ‘가상 중간체?를 시험관 내에서 체내 환경과 비슷한 조건을 만들어 주고 실제 몸 안에서와 같은 반응을 일으키는지 일일이 확인하는 것이다.
남 교수 연구팀은 이 같은 방법으로 지난해 사이토크롬 P450 중간체의 구조를 밝혀내는 개가를 올렸다. 사이토크롬 P450은 화학반응에 참여할 때 체내에 있는 산소를 이용한다. 산소분자(O2) 사이의 결합을 끊어 각각의 산소원자(O)로 만든 다음 이를 화학반응에 전달하는 것. 이 짧은 순간 동안 중간체가 만들어진다.   ▲ 사이토크롬 P450 ⓒ 그런데 중간체가 몇 가지 생기는가에 대해 이 분야 연구자들끼리 의견이 엇갈린다. 남 교수와 미국 시카고대학의 뉴콤 교수는 두 가지, 미국 프린스턴대학의 그로브스 교수와 이스라엘 헤브루대학의 샤이크 교수는 한 가지 중간체가 형성된다고 각각 주장하고 있다.
그러던 중 남 교수 연구팀이 두 번째로 만들어질 거라고 추측되는 중간체의 구조를 규명해낸 것. 팽팽했던 의견 대립이 이제 두 가지 중간체 쪽으로 기울어진 셈이다. 남 교수는 현재 첫 번째 중간체의 구조도 연구 중이다.
이 연구 성과는 세계적인 과학전문지 '사이언스' 2003년 2월 13일자에 실렸다. 뿐만 아니라 미국 화학계의 권위지 C&E뉴스 2월 17일자에 '화제의 연구'로, '미국립과학원회보(PNAS)' 4월호에 심층기사로도 소개됐다. '사이언스'는 남 교수 연구팀의 논문을 '화학계의 20년 숙원을 처음으로 푼 성과'라고 극찬하기도 했다.
남 교수는 "효소 중간체의 형태와 기능을 정확히 밝혀내면 이를 응용해서 효소와 똑같은 작용을 체외에서도 할 수 있는 화학물질, 즉 인공효소를 만들 수 있다"고 설명한다. 인체에서 일어나는 반응을 모방한 인공효소는 연구에 필요한 체내 화학물질을 대량생산하거나 산업체에서 신약을 개발하는데 활용할 수 있다.
특히 "사이토크롬 P450을 모방한 인공효소 시스템이 구축되면 뇌졸중 치료제 개발에 큰 도움이 될 것"이라고 남 교수는 강조한다. 뇌졸중 환자는 뇌에 산소가 부족한 상태이므로 체내 화학반응에 산소를 전달하는 사이토크롬 P450의 메커니즘을 응용해 뇌에 산소를 보충해준다는 시나리오다.

또 사이토크롬 P450이 노화를 일으키는 활성산소를 제거하는 반응에도 관여하므로 노화 방지 의약품 개발에도 한몫 할 것으로 기대된다.

 


 

 

[과학기자협회 미디어리소스발굴자료] /김길태 기자  




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