분자 탄생 '1천조분의 1초 화학결합' 순간 실시간 관측

송고시간2015-02-22 12:00

KAIST 이효철 교수 "단백질 탄생·구조변화 규명에 적용 계획"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 원자들이 만나 펨토초(femtosecond : 1천초분의 1초) 단위로 진행되는 화학결합을 거쳐 분자가 만들어지는 과정을 실시간으로 관측하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡)의 이효철 그룹리더(KAIST 화학과 교수)는 22일 펨토초 엑스선 펄스라는 특수 광원을 이용해 금 삼합체(gold trimer) 내에서 화학반응이 일어나는 순간을 처음으로 관측했다고 밝혔다.

이 연구결과는 과학저널 '네이처'(2월18일자)에 게재됐다. 이 교수팀은 2005년에 분자결합이 끊어지는 과정을 밝힌 논문을 '사이언스'에 발표한 바 있어 이번 연구로 화학결합의 시작과 끝을 모두 규명하는 성과를 이뤄냈다.

연구진은 앞으로 펨토초 엑스선 회절법을 단백질의 탄생 순간과 단계별 구조변화를 밝히는 데 적용할 계획이며 이를 통해 단백질 반응의 제어, 질병 치료, 신약 개발 등에 필요한 기초정보를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구진은 원자간 결합을 관측하기 위해 펨토초 엑스선 펄스라는 특수 광원과 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저(빛)을 쏘아주면 반응해 화학적으로 결합하는 성질이 있는 금 삼합체라는 화합물을 이용했다.

원자의 지름은 1옹스트롬(Å : 1억분의 1㎝)이고 화학결합 순간은 1조분의 1초 정도여서 원자 간 화학반응을 감지하려면 빛의 파장이 원자 수준으로 짧아야 하고, 빛의 시간 길이는 원자 간 결합 순간보다 짧아야 하는데 이를 만족하는 광원이 엑스선 자유전자 레이저에서 얻어지는 펨토초 엑스선 펄스이다.

연구진은 레이저 기술과 엑스선 회절법 기술을 결합한 펨토초 엑스선 회절법으로 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치와 함께 측정할 수 있었고 이 방법을 이용해 금 삼합체 내부의 금 원자들 사이에서 화학결합이 형성되는 순간을 실시간으로 관측했다.

이효철 교수는 "펨토초 엑스선 회절법을 이용하면 펨토초 시간대에 일어나는 분자의 진동, 회전운동도 관측할 수 있을 것"이라며 "나아가 실험 대상을 단백질로 확장하면 단백질 구조 변화의 시발점을 밝혀낼 수 있을 것"이라고 말했다.