UNIST 김용환 교수팀, ‘일산화탄소 탈수소효소’ 능력 최초 규명
산업폐가스 정화기술 탄소중립 실현…‘네이처 커뮤니케이션즈’ 게재

 

[연구진] 앞줄 왼쪽 두번째부터 제 1저자 김석민 연구원, 김용환 교수. UNIST 제공

그림. 일산화탄소 전환효소의 전자전달 핵심부위 및 폐가스 정화기술 전체 모식도. UNIST 제공

효소의 특정 부위에서 유독 가스를 정화할 수 있다는 사실이 확인됐다.

울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 및 에너지화학공학과 김용환 교수팀은 에너지화학공학과 류정기 교수팀, 서울대학교 화학과 이형호 교수팀과 공동으로 일산화탄소 탈수소효소(Carbon Monoxide Dehydrogenase, CODH)가 가진 능력을 최초로 규명했다고 8일 밝혔다.

일산화탄소 탈수소효소는 산업폐기물 가스에 포함된 유해한 가스를 100%까지 완벽히 정화할 수 있다. 더 깨끗하고 안전한 환경을 조성할 수 있는 것이다.

일산화탄소 탈수소효소는 산업폐기물 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.

그림. 3D효소구조의 표면에 위치한 전자전달체 결합부위. 일산화탄소 전환효소의 3차원 구조결정을 통해 실제 효소표면에 전자전달체가 존재함을 확인하고 이의 메커니즘을 규명함. UNIST 제공

연구팀은 효소의 특정 부위를 정밀하게 조작해 효소의 활성을 더 촉진시킬 수 있는 방법도 개발했다. 효소의 전자전달 부위를 돌연변이화시켜 다른 아미노산으로 교체하면 효소와 전자전달 매개체와의 친화도가 향상된다. 이를 통해 효소는 이전보다 더 빠르고 효율적으로 가스를 정화할 수 있다.

김용환 교수는 “효소를 이용한 산업폐기물 가수 정화기술의 새로운 지평을 열었다”며 “이 효소를 활용해 다양한 실험을 수행했고, 실제 산업폐기물 가스에 대해 높은 정화 능력을 나타내는 것을 확인했다”고 말했다.

그림. 산업 폐가스를 이용한 가스정화 효소반응. 철강 산업에서 실제 발생하는 다양한 유독폐가스들과 폐플라스틱을 가스화한 유해폐가스를 대상으로 일산화탄소 전환기술을 통한 가스정화를 진행한 결과 매우 우수한 성능을 확임함. UNIST 제공

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 산업폐기물 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 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 3월 28일 온라인 게재됐다. (논문명: Identifying a key spot for electron mediator-interaction to tailor CO dehydrogenase’s affinity).

송현수 기자 songh@busan.com