생체모방 화학을 통한 신약개발 연구

From Course@DGIST
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생체모방 화학을 통한 신약개발 연구
제안자
자문교원 조재흥
연도 2017
타입 A형 과제
코스 프란시스 크릭
매칭여부
참여학생수
소개동영상

제안 배경

과제 목표

  • 지구상에 약 35억년 전 생명체가 나타낸 이래로 생명현상 유지를 위해 수많은 반응이 생체내에서 이루어지고 진화를 거쳐 최적화된 상태로 효율적인 화학반응을 진행중에 있다.
  • 본 프로그램에서는 생명현상의 기원을 이해하기 위해 생체내 반응을 실험실에서 모방하여 진행해 보고 거기서 얻은 정보를 신약개발 연구로 연결하는 실용적인 결과를 도출해 본다.
  • 다음 2가지의 생체모방화학 연구 중 학생과 토의를 거쳐 원하는 분야로 선택 또는 병합하여 연구를 수행할 수 있다.

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 중심에 금속 이온을 사용하여 산소를 결합하고 있고 금속 중심을 이용해 산소를 전달하는 기능을 하고 있다. 
이러한 작은 분자의 금속과의 상호작용을 이용하여 약 전달 과정을 이해하고 신약개발 연구를 수행한다.
예를 들어 생체내에서 혈관확장 및 면역체계에 깊은 관련이 있는 일산화질소는 신경전달 물질로도 사용되고 최근 뇌신경가소성을 증신 시키는 현상에도 많은 관심이 모아지고 있다.
하지만 일산화질소 자체는 공기 중에서 쉽게 다른 물질로 바뀌어 약으로 복용하기에는 어려움이 존재한다. 
본 연구에서는 일산화질소와 금속과의 상호작용을 이해해 생체내로의 안정적 운반물질을 합성하고 세포내에서 분리할 수 있는 신약을 생체모방화학 연구를 통해 개발하고자 한다.
  • 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

희망학생