생체모방화학을 통한 생명-화학 반응 연구

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생체모방화학을 통한 생명-화학 반응 연구
제안자 조재흥
자문교원 조재흥
연도 2020
타입 A형 과제
코스 프란시스 크릭
매칭여부 No
참여학생수
소개동영상

제안 배경

  • 지구상에 약 35억년 전 생명체가 나타낸 이래로 생명현상 유지를 위해 수많은 반응이 생체 내에서 이루어지고 진화를 거쳐 최적화된 상태로 효율적인 화학반응을 진행 중에 있다. 생체모사는 이러한 최적화된 상태의 화학반응 중심을 모사하여 그 반응 경로를 이해하여 생명의 기원을 찾아보고, 모방화합물의 연구로부터 얻어진 정보를 활용해 보다 효율적인 촉매를 개발하거나 신약개발을 하는 등의 인류에게 도움이 되는 응용 연구로 이어지고 있다.

과제 목표

  • 생명현상의 기원을 이해하기 위해 생체 내 반응을 실험실에서 모사하여 진행해 보고 거기서 얻은 정보를 신약개발과 환경문제 해결 등의 응용 연구로 연결하는 실용적인 결과를 도출해 본다.

과제 내용

  • 생체 내에서 산소를 운반하는 물질은 사람의 경우 헤모글로빈/마이오글로빈이 그 역할을 담당하고 있고 무척추동물인 문어나 게, 새우 등에서는 헤모사이아닌이 산소를 전달하고 있다. 이들의 활성 중심을 분자 수준에서 살펴보면 헤모글로빈/마이오글로빈은 중심에 철 이온을 사용하여 산소를 결합하고 있고 이때 적색을 나타내며, 헤모사이아닌의 경우는 중심에 두 개의 구리 이온을 사용하여 산소를 결합해 파란색의 빛깔을 띄게 된다. 본 연구에서는 대부분의 생명체가 살아가기 위해 필요한 호흡과정에 관련된 효소들의 중심 부분을 분자수준에서 살펴보고 실험실에서 모방화합물을 합성한다. 모방물질과 산소와의 결합을 다양한 분광학적 방법으로 분석하고 조사하는 연구를 진행하고 보다 효율적인 산소운반체 및 활성화 물질을 디자인해 인공효소를 개발하는 아이디어를 도출한다.
  • 생체 내의 금속-효소 중의 하나인 시토크롬 P450는 기초적인 생분자 합성, 약물의 신진대사, 비생체성분의 해독 작용에 있어서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 활성 메커니즘의 근간은 기질의 탄소-수소의 결합에 있어서 수소를 탄소, 산소 또는 질소 등으로 치환 해주는 탄소-수소 결합 활성 작용에 있다. 시토크롬 P450는 중심에 철 이온을 두고 있으며 촉매 반응을 위해 산소 분자와 결합 후 이를 활성화시킨다. 몇 번의 전자 이동 후에 철-산소 중간물질은 기질과 반응하여 탄소-수소 결합에 산소를 전달하게 된다. 본 연구에서는 모방화합물을 이용하여 실질적인 촉매 활성을 띄는 금속-산소 중간물질을 합성하여 분광학, 결정학적 방법으로 분석한다. 이후 기질과 반응시켜 실제 효소의 반응 메커니즘을 규명하고 인류에 유용한 촉매 개발 연구를 한다.

참고자료

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  3. H. Noh, J. Cho*, “Synthesis, characterizationand reactivity of non-heme 1st row transition metal-superoxo intermediates” Coord. Chem. Rev. 382, 126, 2019.
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  5. D. Jeong, J. J. Yan, H. Noh, B. Hedman*, K. O. Hodgson*, E. I. Solomon*, J. Cho*, “Oxidation of naphthalene with a manganese(IV) bis(hydroxo) complex in the presence of acid” Angew. Chem. Int. Ed. 57, 7764, 2018.
  6. H. Noh, D. Jeong, T. Ohta, T. Ogura, J. S. Valentine, J. Cho*, “Distinct reactivity of a mononuclear peroxocobalt(III) species toward activation of nitriles” J. Am. Chem. Soc. 139, 10960, 2017.
  7. B. Kim, D. Jeong, J. Cho*, “Nucleophilic reactivity of copper(II)-alkylperoxo complexes” Chem. Commun. 53,9328, 2017.

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