칼슘 이온이 광합성 효소의 산소 생성을 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 광합성 효소를 이용한 산소 생산, 화합물 처리 등 친환경 기술 개발에 실마리가 될 전망이다.
남원우 이화여대 화학-나노과학과 교수와 후쿠주미 오사카대 교수 공동 연구팀은 식물 광합성 효소의 활성화 부위에 있는 칼슘 역할을 규명했다고 17일 밝혔다.
연구팀은 우선 광합성 효소 활성화 부위를 모방한 인공 효소를 만들었다. 여기에 산도가 낮은 칼슘 이온을 가하자 산소 방출이 원활하게 일어났다. 연구팀에 따르면 칼슘 이온은 산소 원자가결합해 분자가 되는 과정에 관여한다.
실제 광합성 효소 중간체에 산도가 낮은 칼슘을 결합했을 때 산소가 생성됐지만, 산도가 높은 아연 등을 결합하자 산소가 나오지 않았다. 중간체는 화학 반응 중간 단계의 불안정한 분자로, 이 구조를 분석하면 여러 단계로 구성된 화학 반응을 이해할 수 있다.
그동안 식물 광합성 과정에서 산소를 만들어내는 광합성 효소 활성화 부위에 칼슘이 존재한다는 사실은 알려졌지만, 역할과 기능은 정확히 밝히지 못했다.
이번 연구는 광합성 효소가 칼슘 이온을 이용하는 이유에 대한 새 이론을 도출했다는 평가다. 이 같은 기능을 모방한 산소발생 시스템 개발에도 활용할 수 있다.
남 교수는 “연구 결과는 산소발생 시스템 개발을 위한 중요한 토대가 될 것”이라며 “물을 산화시켜 산소나 과산화수소를 만들면 친환경 대체에너지나 촉매 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
연구 결과는 네이처출판그룹(NPG)이 발행하는 화학 분야 국제학술지 ‘네이처 케미스트리’ 온라인판 15일자에 실렸다. 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업(GRL)과 리더연구자지원사업(창의적연구) 지원으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com
