▲ 일산화탄소 전환효소의 전자전달 핵심부위 및 폐가스 정화기술 전체 모식도 / 인공전자전달체를 이용하여 일산화탄소 전환효소 표면에서 전자전달 핵심부위를 탐색/발견하여 산업 폐가스 자원유래 유용 화학물과 에너지원 생산기술 흐름도(그림 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

효소의 특정 부위에서 유독 가스를 정화할 수 있다는 사실이 확인됐다.

UNIST 탄소중립대학원 및 에너지화학공학과 김용환 교수팀은 에너지화학공학과 류정기 교수팀, 서울대학교 화학과 이형호 교수팀과 공동으로 일산화탄소 탈수소효소(Carbon Monoxide Dehydrogenase, CODH)가 가진 능력을 최초로 밝혔다.

일산화탄소 탈수소효소는 산업 폐기물 가스에 포함된 유해한 가스를 100%까지 완벽히 정화할 수 있다. 더 깨끗하고 안전한 환경을 조성할 수 있는 것이다. 

일산화탄소 탈수소효소는 산업 폐기물 중 일산화탄소 전환에 주로 쓰이는 효소다. 하지만 이 효소의 정확한 전자전달 부위에 대해선 알려진 바가 없었다. 

연구팀은 일산화탄소 탈수소효소의 특정한 전자전달 작용 부위를 발견했다. 전자를 가지고 있던 이 특정 부위에서는 전자를 잃는 산화반응이 진행된다. 이 반응에서 생성된 전자는 전자전달체에 의해 이동한다. 이때 유해한 일산화탄소 가스분자를 만나게 되고 유해한 가스를 정화하게 되는 것이다. 

연구팀은 효소의 특정 부위를 정밀하게 조작해 효소의 활성을 더 촉진시킬 수 있는 방법도 개발했다. 효소의 전자전달 부위를 돌연변이화 시켜 다른 아미노산으로 교체하면 효소와 전자전달 매개체와의 친화도가 향상된다. 이를 통해 효소는 이전보다 더 빠르고 효율적으로 가스를 정화할 수 있다.

김용환 교수는 “효소를 이용한 산업 폐기물 가수 정화기술의 새로운 지평을 열었다”며 “이 효소를 활용해 다양한 실험을 수행했고, 실제 산업 폐기물 가스에 대해 높은 정화 능력을 나타내는 것을 확인했다”고 전했다.

제 1저자이자 교신저자인 김석민 연구교수는 “이번 연구 결과는 철강산업에서 발생하는 폐가스를 탄소자원으로 활용해 유용한 화학제품 생산으로 응용이 가능하다”며 “국내에서 탄소중립을 실현하는데 큰 도움이 될 것”이라 덧붙였다.

이번 연구는 산업 폐기물 가스로 인한 환경 오염 문제에 대한 새로운 해결책을 제시했다. 지속 가능한 환경 보호와 산업 발전이라는 두 마리 토끼를 잡은 것이다. 

연구 결과는 세계적으로 저명한 과학 저널 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 3월 28일 온라인 게재됐다. 

논문명은 Identifying a key spot for electron mediator-interaction to tailor CO dehydrogenase’s affinity 이다.