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효소enzyme 셀룰로오스로부터 효율적으로 에탄올을 생산할 수 있는 새로운 효소
2013-08-23 10:19:21
이엠생명과학연구원

셀룰로오스로부터 효율적으로 에탄올을 생산할 수 있는 새로운 효소

 

코넬대 연구팀은 셀룰로오스 에탄올(cellulosic ethanol)을 저렴하게 생산할 수 있는 획기적인 방법을 개발하는데 식물 효소를 이용하였으며, 이것은 현재의 기술을 사용하는 것보다 더 효율적으로 물질을 분해하여 에탄올을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

곡물을 이용한 에탄올의 공급은 장기적인 해결책이 될 수 없기 때문에, 친환경적이면서도 대체품의 역할 수행이 가능한 셀룰로오스에 대한 관심이 증대되어 왔다.

현재 셀룰로오스를 이용한 에탄올의 대량생산은 현재 곡물을 이용한 에탄올의 생산비보다 저렴하지 못하다. 하지만 셀룰로오스 에탄올을 고려하지 않는다면, 석유수입을 줄이려는 국가적 목표를 달성하기 어렵다는 것이 전문가들의 입장이다.

셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부하게 존재하는 물질이며, 그 안에는 탄소가 함유되어 있다. 셀룰로오스는 포도당 분자들로 구성되어 있지만, 너무 조밀해 분해하기가 어렵다. 이 셀룰로오스는 세포벽을 구성하여 단단하게 함으로써 그 형태를 유지하게끔 한다. 이 분자를 분해하는 효율적인 방법만 개발된다면, 농작물을 이용하건 바이오매스를 이용하건 관련 산업을 촉진하게 될 것임은 자명한 일이다.

셀룰로오스 에탄올을 생산하는 가장 중요한 단계는 식물의 세포벽을 파괴하고 방출되는 당류를 발효시키는 것이다. 현재의 기술은 식물의 셀룰로오스를 소화시킬 수 있는 셀룰라아제(cellulases)라는 미생물 효소를 이용하는 것이며, 이 때 이용되는 식물은 포플러(poplar)와 같은 성장이 빠른 초목이다. 미생물 효소는 목질섬유소(lignocellulose ? 리그닌과 셀룰로오스의 결합체)라고 불리는 식물의 세포벽 물질을 분해하는데 매우 효율적인 능력을 갖고 있다.

그러나 이와 구조적으로 유사한 새로운 종류의 식물 효소는 현재보다 더 효율적으로 에탄올을 생산할 수 있는 가능성을 제공해 주고 있다. 이 연구는 ‘Journal of Biological Chemistry’ 4월 20일 자에 게재되었다.

셀룰로오스를 분해하는 효소는 셀룰로오스-부착 모듈(cellulose-binding module)이라고 불리는 구조를 셀룰로오스에 붙인다. 일단 부착되면, 촉매는 세포벽 물질을 작은 단위로 분해시킴으로써 에탄올로의 전환을 가능하게 한다. 셀룰라아제와 같은 효소가 이미 식물에 존재한다는 것은 이미 알고 있는 사실이지만, 이 효소들이 셀룰로오스-부착 모듈을 갖지 못함으로써 셀룰로오스에 부착하거나 효율적으로 소화시킬 수 없다고 여기고 있었다.

이 새로운 효소가 발견된 것은 토마토 나무이며, 이와 같은 식물 단백질이 잠재적으로 바이오연료 생산에 이용될 수 있다는 첫 증거를 찾게 된 셈이다. 이런 단백질의 함량이 높은 식물을 재배에 이용하게 되고 이를 에탄올 생산을 위한 원료로 사용하게 될 수도 있다.

이 효소가 식물에서 어떤 작용을 하는지 더 연구해 보아야 하지만, 식물이 조직을 빠르게 확장하거나 세포벽을 구성하고 있는 마이크로피브릴(microfibril)이라고 불리는 조직간에 유연성을 부여하기 위해 이용되고 있을 것이라고 저자들은 생각하고 있다. 토마토가 익어가면서 부드러워지는 것처럼 말이다.


비록 몇몇 개개의 식물효소에 대한 연구가 진행되고 있지만, 충분한 양의 효소 라이브러리를 갖추게 된다면, 기후나 토양의 특성에 따라 분포가 다른 식물에 적합한 셀룰라아제를 이용하게 할 수도 있을 것이다.

출처 : http://www.news.cornell.edu/




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