효소의 특정 부위에서 유독 가스를 정화할 수 있다는 사실이 확인됐다.
UNIST(총장 이용훈) 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.
그림1. 일산화탄소 전환효소의 전자전달 핵심부위 및 폐가스 정화기술 전체 모식도
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.
그림2. 3D효소구조의 표면에 위치한 전자전달체 결합부위
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.
그림3. 산업 폐가스를 이용한 가스정화 효소반응
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. 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 C1가스리파이너리사업과 ERC 선도연구센터의 지원으로 수행됐다.
