KAIST, 비타민 B2에 금속 결합해 ‘세계 최초 인공 효소’ 개발

• 에너지 전환·신약 개발 등 차세대 촉매 기술로 확장 기대

KAIST 연구진이 비타민 B2(리보플라빈)에 금속 이온을 결합시킨 새로운 인공 효소를 개발했다. 리보플라빈은 체내에서 에너지 대사에 관여하는 보조 효소로, 음식 속 영양분을 에너지로 전환하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이번 연구는 리보플라빈의 전자 전달 기능에 금속의 반응 조절 능력을 더해, 자연 효소보다 정밀하고 안정적인 반응을 구현할 수 있다는 점에서 세계 최초 사례로 평가된다.

KAIST 화학과 백윤정 교수 연구팀은 기초과학연구원(IBS) 권성연 박사와의 공동연구를 통해 리보플라빈이 금속 이온과 안정적으로 결합할 수 있는 새로운 분자 구조를 합성했다. 기존 리보플라빈은 질소와 산소가 얽힌 복잡한 고리 구조를 지녀 금속 결합이 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 금속 결합이 가능한 위치를 분자 수준에서 새로 설계하고, 금속을 잡아주는 리간드(ligand) 구조를 정밀하게 배치하는 방식으로 문제를 해결했다.

이를 통해 금속 주변의 전자적·공간적 상호작용을 정교하게 제어하면서 플라빈-금속 복합체의 안정적 합성에 성공했다. 새로 합성된 결합체는 리보플라빈의 전자 전달 기능과 금속의 촉매 반응성을 동시에 활용할 수 있어, 화학 반응 제어 능력이 향상된 ‘금속 기반 인공 효소’로 작동한다.

백윤정 교수는 “자연에서 발견되는 플라빈 효소의 한계를 넘어, 생체 분자를 금속화학의 새로운 구성 요소로 확장한 연구”라며 “생체 기반 촉매와 차세대 에너지 전환 소재 설계에 새로운 방향을 제시했다”고 밝혔다.

이번 연구는 생체분자 화학과 금속 촉매 연구를 결합한 새로운 융합 화학 접근법으로, 향후 친환경 에너지 시스템과 신약 개발 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 기대된다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr