해양연·한국외대 공동 연구팀, FrsA 단백질 작동기작 규명
- 바이오 에탄올 대량생산 기반 마련
- 조효소 비의존적 피루브산탈카르복시효소 발굴
FrsA(발효-호흡 조절 단백질 A)로 명명된 이 단백질은 생리학적 선행연구를 통해 호흡을 억제하고 발효를 촉진하는 기능을 가지고 있음이 알려져 왔으나, 이 단백질의 생화학적 활성은 전혀 알려져 있지 않았다. 공동 연구팀은 피부르산이 호흡과 발효과정의 분기점에 위치한 대사산물임에 착안, FrsA 단백질의 기질 및 그 효소활성을 세계 최초로 규명하였다.
피루브산탈카르복시효소는 피루브산을 아세트알데하이드와 이산화탄소로 분해하는 효소이다. 이 반응은 ‘티아민피로인산(TPP)’이라는 조효소의 도움으로 매개된다는 것이 기존 생화학교과서의 기술 내용이다.
하지만 연구팀은 3차 구조 정보로부터 FrsA 단백질의 효소활성부위에 조효소가 포함되어 있지 않다는 사실을 확인하여, ‘피루브산과 같은 알파-케토산의 탈카르복시반응은 조효소 의존적’이라는 기존 이론을 뒤집는 결과를 얻어냈다.
또한 연구팀은 3차 구조 정보를 통해 FrsA 단백질이 현재까지 알려진 피루브산탈카르복시효소들과는 아미노산 서열 및 구조적인 면에서 전혀 유사성이 없는 새로운 피부르산탈카르복시효소이며, 효소 활성 또한 가장 뛰어나다는 점을 밝혀냈다.
국토해양부 <해양생명공학기술개발 사업>의 ‘해양·극한생물분자유전체연구과제’로 진행된 이번 연구의 결과는 해양생물 특이적 생명기능을 이용하여 최근 대체에너지로 각광받고 있는 바이오 에탄올의 대량생산을 위한 기반을 마련했다는 점에서도 의의가 크다.
바이오 에탄올의 대량생산을 위해서는 바이오매스)의 확보 및 분해와 더불어 에탄올을 효율적으로 생산할 수 있는 발효미생물의 개발이 필수적인데, 이러한 생산균주 개발에 이용되는 핵심효소가 바로 피루브산탈카르복시효소이기 때문이다.
연구책임자인 차선신 박사와 이규호 교수는 “다양한 바이오매스를 이용할 수 있는 미생물에 효소 활성이 높은 피루브산탈카르복시효소를 도입하면 효율적인 에탄올 생산균주 개발이 가능하다”라며, “이번 연구를 통해 FrsA 단백질이 활성도가 매우 뛰어난 피루브산탈카르복시효소로 밝혀진 만큼, FrsA 단백질을 이용한 에탄올 생산균주 개발을 후속 연구 사업으로 수행해 나갈 것”이라고 말했다.
이번 연구결과는 화학·생물학 분야 최고권위지인 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 온라인 판에 2011년 5월 29일자로 발표되었다.
한국해양과학기술원 개요
한국해양과학기술원은 1973년 설립된 이래, 국내 유일의 종합해양연구기관으로서 국가 해양정책의 수립과 해양개발 추진에 필요한 해양과학기술 연구개발의 중추역할을 담당해 오고 있는 정부출연연구기관이다. 경기 안산에 본원을 두고, 대전 대덕연구단지에 선박해양플랜트연구소, 경남 거제에 남해연구소, 경북 울진에 동해연구소를 설치하여 운영하고 있으며, 부설기관으로 극지연구소가 있다.
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