산소 생체 내 효소의 40% 이상은 금속이온을 필수로 포함하는 금속효소다. 이들은 분자를 이용해 금속-활성산소 중간체를 형성하여 물질의 독성을 제거하거나 필요한 생체분자를 합성한다. 특히, 금속-퍼옥소종은 여러 금속효소에서 중요한 반응중간체로 관측되어 왔다.

UNIST(총장 이용훈) 화학과 조재흥 교수팀은 금속-활성산소 중간체중의 하나인 ‘금속–퍼옥소종’의 모사화합물에 대한 모든 연구 결과를 모아 집대성한 리뷰 논문을 발표했다. 이번 논문을 통해 금속효소에 대한 이해를 증진시키고 생체모사 촉매를 개발하는 데 핵심적인 기여를 할 것으로 전망된다.

금속-퍼옥소종은 남조류 알데히드 탈포밀효소, 나프탈렌 이산소화효소 등 다양한 금속효소에서 중요한 반응을 관장하는 반응중간체로서 제안되어 왔다. 이러한 금속-활성산소종의 분광학적 특성과 반응 기작을 정밀하게 이해하기 위해서, 지난 수십 년간 금속효소의 활성장소를 모방한 모사화합물들이 보고됐다.

먼저 연구팀은 지금까지 밝혀진 다양한 금속–퍼옥소 종의 논문을 모두 모아 금속별로 분류했다. 특히, 생체에서 밀접하게 쓰이는 1주기 전이금속인 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리 등을 이용한 금속–퍼옥소종에 대해 모두 다뤘다.

제1 저자인 정동현 UNIST 화학과 연구원은 “최근 금속-퍼옥소종에 대한 연구가 활발히 이루어지며 중요한 특성들이 발견되고 있다”며 “이번 논문은 생무기화학 분야에서 수십 년간 이루어져 온 방대한 연구 주제에 대하여 체계적으로 분류하여 정리했다”고 말했다.

그 후 생체모사를 통해 합성된 금속-퍼옥소종에 대하여, 활용된 배위자 및 착물합성법, 다양한 물리화학적 기법을 통한 특성 확인 및 기질과의 반응성에 대한 기작연구를 정리했다. 또한 금속효소를 이해하기 위한 중요한 정보들을 일목요연하게 정리해 금속–활성산소종의 후속연구에 대한 전망을 제시했다.

조재흥 화학과 교수는 “이번 논문을 통해 지금까지의 금속-퍼옥소종 연구 흐름을 파악할 수 있다”며 “생체모사 촉매 개발을 비롯한 후속 연구 방향을 제시하는 데 큰 도움을 줄 것으로 기대한다”라고 전망했다.

이번 연구는 조재흥 교수 연구팀 정동현 연구원이 1저자로 참여했다. 연구결과는 2023년 1월 24일 화학 분야 저명 국제학술지인 ‘배위화학 리뷰지 (Coordination Chemistry Reviews)’에 발표됐다.

연구 수행은 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)과 단계도약형 탄소중립기술 개발사업 지원으로 이뤄졌다.