포스텍(포항공과대학교, POSTECH) 화학과 김기문(金基文ㆍ53세/지능초분자연구단장)교수ㆍ고영호(高永鎬ㆍ41세) 연구조교수팀은 미국ㆍ일본과 공동연구를 통해 지금까지 발견된 인공수용체와 리간드 복합체 중 가장 결합력이 큰 복합체를 개발, 학계에 보고했다.

세계적인 학술지 미국학술원 회보(PNAS) 온라인판을 통해 공개된 이 분자 복합체는, 기존에 사용되던 생물질 복합체보다 합성 및 화학적 변형이 쉽고 온도 등 다양한 조건에서도 안정적인 상태를 유지할 수 있어서 DNA칩 등을 제작할 때 비용과 시간을 크게 줄여줄 것으로 기대된다.

이 복합체는 김 교수팀이 세계 최초로 합성해 국제 특허를 보유하고 있는 인공 수용체 쿠커비투릴(cucurbituril)과 페로센(ferrocene) 유도체를 결합시킨 것으로서, 기존에 발표된 인공 복합체 중에서는 가장 결합력이 강하다(3×1015M-1).

이 정도의 결합력은 자연 물질 중에서 가장 강한 상호작용을 일으킨다고 알려져 있는 아비딘(Avidin)-비오틴(Biotin) 복합체*와 비슷한 수준이라고 연구팀은 설명했다.

DNA 등의 생분자를 표면에 고정시켜야 하는 바이오 칩이나 바이오 센서를 제작할 경우에 아비딘-비오틴 복합체를 ‘접착제’로 주로 사용한다. 그러나 이 물질은 다루기가 복잡할 뿐 아니라 높은 온도에서 실험하기가 어려워서 다양한 유기화학반응에 이용하기에는 한계가 있었다.

또 이 복합체는 결합력이 강한 반면, 단백질 등에서 아비딘과 비오틴을 따로 추출하는 과정이 추가되기 때문에 많은 학자들이 이를 대체할 만한 방법이나 물질을 찾고자 노력해왔다.

김 교수팀이 발표한 쿠커비투릴-페로센(cucurbit[7]uril-ferrocene) 복합체는 합성과 화학적 변형이 쉬워 DNA 칩 등 바이오 진단 칩은 물론, 바이오센서, 면역실험이나 항원 정제 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 장점이 있다.

또 이번 논문은 포항방사광가속기를 활용, X-선 결정 구조를 얻었으며, 실험과 함께 이론적 연구를 통해 결합력이 높은 초분자 복합체의 조건을 제시하고 있어 서 새로운 초분자 복합체 고안에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.

김 교수팀의 연구는 과학기술부와 한국과학재단이 후원하는 창의적연구진흥사업단 사업을 통해 이루어졌다.

                              ※ 아비딘-비오틴 복합체

아비딘은 단백질의 일종으로 계란 흰자에 함유되어 있는 성분이며, 비오틴은 비타민 H 또는 B7으로 두 분자의 복합체는 자연물질의 복합체 중 가장 높은 결합상수를 가지는 것으로 알려져 있다.(결합상수가 높을수록 결합력이 강하다) 특히 애완동물에게 계란을 줄 때 흰자를 주면 안 되는 것도 바로 아비딘과 비오틴의 강한 결합력 때문에 비오틴 결핍증을 유발할 가능성이 높기 때문인 것으로 알려져 있다.