국내 연구진의 주도로 광합성 효소가 산소를 생성할 때 관여하는 칼슘*의 역할이 밝혀졌다. 본 연구를 통해 광합성 효소를 이용한 산소 생산이나 화합물 처리 등 친환경 기술 개발에 실마리가 될 것으로 기대된다.

이화여대 화학-나노과학과 남원우 교수, 방수희 석사과정 연구원, 이용민 박사와 오사카대 후쿠주미 교수가 공동으로 진행한 이번 연구는 미래창조과학부 및 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업(GRL)과 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 화학분야 국제학술지 네이처 케미스트리(Nature Chemistry) 온라인판 9월 15일자에 게재되었다.

식물의 광합성 과정에서 산소를 만드는 광합성 효소의 활성화자리*에 칼슘이 존재하지만, 그 역할과 기능에 대해서는 많은 논의가 있어왔다.

연구팀은 광합성 효소의 활성화 자리를 모방한 인공 효소를 합성하고, 이 효소에 루이스 산도가 약한 칼슘 이온을 이용함으로써 산소 방출이 원활하게 일어난다는 것을 규명했다.

*루이스 산도 : 유기 화합물의 반응을 돕는 산촉매로 흔히 사용되는 루이스 산(Lewis Acid)의 세기. 루이스 산으로는 수소 양이온이나 코발트 등 금속이온, 비공유전자쌍이 있는 화합물 등이 대표적이다.

물을 산화시켜 산소원자와 산소원자의 결합을 통해 산소분자를 만드는 과정에서 칼슘 이온이 사용되는 이유를 알아낸 것이다.

실제 광합성 효소의 중간체에 산도가 낮은 칼슘을 결합시킨 경우 중간체가 산화되면서 산소가 나오지만, 산도가 높은 아연 등을 결합시킨 경우에는 산소가 만들어지지 않았다.

남 교수는 향후 이 같은 광합성 효소의 기능을 모방한 산소발생 시스템 개발 등의 중요한 토대가 될 것으로 기대하고 있으며, 이번 연구결과를 발전시켜 물을 산화시켜 산소나 과산화수소를 만들 수 있게 된다면 친환경 대체 에너지나 촉매의 개발에 기여할 수 있을 것이라 말했다.