생명/의료

엽록소 합성 핵심효소 결정구조 최초로 규명

발행일 : 2019 / 10 / 31

중국농업과학원 생물기술연구소 청치(程奇) 연구팀은 최초로 엽록소 생합성 핵심효소—광의존적 원엽록소 산화환원효소(protochlorophyllide oxidoreductase, POR)의 삼차원 결정구조를 규명함으로써 단백질 구조가 어떻게 중요 광구동효소의 촉매작용을 제어하는지를 이해하는데 중요한 돌파구를 마련했다. 해당 성과는 “Nature”에 게재되었다.

만물의 성장은 태양에 의존한다. 특히 녹색식물의 성장발육에서 광의존적 POR은 매우 중요한 존재이다. 하지만 발견된 지 거의 100년이 되었지만 그 단백질 구조는 밝혀지지 않았다.

청치연구팀은 상하이교통대학 기초의학원 저우아이우(周愛武) 연구팀, 영국 맨체스터대학 Nigel Scrutton 연구팀과 공동으로 광의존적 POR 단량체 및 광의존적 POR-니코틴아미드 아데닌디뉴클레오티드인산(NADPH) 단백질 복합체 결정구조를 발견했다. 해당 결정구조 해석 및 삼원 복합물 정밀 모델링 연구를 통해 관련 활성부위가 어떻게 국지적 수소화물 전이 그리고 구조적 정의에 따른 양성자 전이 경로를 통한 원거리 양성자 전이를 수행함과 아울러 광구동 원엽록소 감소를 촉진하는지를 규명했다.

해당 연구는 광의존적 POR 단백질 구조 및 여기상태화학(excited state chemistry) 간 핵심적인 빠진 고리를 제공하였으며 광촉매 화학, 바이오촉매 및 관련 단백질 소분자 억제제 공학화 설계에 중요한 의미가 있다. 뿐만 아니라 정량적 광에너지의 화학에너지로의 전환반응 관련 상세 계산분석 제공에 기반을 마련함으로써 해당 촉매작용 묘사가 보다 완벽화될 것으로 전망된다.

또한 관련 수렴진화(convergent evolution) 과정의 일부 핵심효소 단백질의 진화순서 및 향후 예측 가능한 추세 등을 더한층 보완하는데도 도움이 된다.

해당 성과는 국제적으로 100년이 되도록 밝히지 못한 광합성 엽록소 생합성의 광구동형 효소 및 그 보조인자 복합체의 삼차원 결정구조를 규명했다는데 이정표적 의미가 있다.