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복합동 산화환원효소의 구조와 기능

전문가 제언: ○ 지구상의 여러 생물은 필수원소인 동을 함유한 단백질을 함유하고 있다. 이 단백질의 활성 중심에 동 원자가 존재하며 이 동은 생물체에서 산화환원, 전자전달, 산소운송 등의 중요한 생리적 기능을 갖는다. 그리고 단백질 중의 동은 분광학적, 자기적 성질에 의해 단핵 청색동, 단핵 비 청색동, 복핵동으로 분류된다. 또 발달된 X선 구조해석에 의해 복합동 산화효소의 3핵동 부위, cytochrome c oxidase의 복핵동 부위, 아산화질소환원효소의 4핵동 부위 등 다채로운 구조가 확인되었다. 또 청색동을 함유한 가용성 단백질이 탈질균과 식물에서 분리 정제되었다. 단백질 중의 청색동은 2His, Cys, Met (Gln)의 4잔기에 의해 구성된 비뚤어진 4면체 배위구조를 갖는다.

○ 아질산환원효소(NIR)는 가용성 단백질인 heme cd1형과 복합동형 (CuNIR)으로 대별한다. 최근 PCR법과 DNA microarray를 사용하여 해양을 비롯한 여러 환경 중에 CuNIR을 갖은 미생물의 분포와 CuNIR family에 속하는 신규 단백질 몇 종도 확인하였다. CuNIR은 2개의 cupredoxin의 도메인으로 구성되는 2 종류의 동이 함유된 단량체가 homo 3량체 구조를 갖는다. 산소를 직접 물 분자까지 환원하는 반응을 촉매 할 수 있는 효소는 복합동 산화효소와 호흡쇄 종말 산화효소 뿐이다. 최근에 복합동 산화효소는 사람 및 고등동물, 박과 식물, 곰팡이 등 진핵 생물 뿐만 아니고 대장균, Bacillus속 세균, 방선균 등 원핵생물에도 존재한다는 것이 분명하게 되었다.

○ 복합동형 아질산환원효소는 역반응에 의해 가스상 질소화합물을 아질산으로 고정이 가능하여 학술적인 기초연구와 금후의 응용연구가 크게 기대된다. 복합동 산화효소는 가용성 단백질로 여러 기질을 전자 공여체로 이용함으로 그 응용 범위가 매우 넓다. 펄프 및 섬유의 표백, 염색, 유해물질의 분해처리, 바이오센서 등 산업에 응용되고 있다. 또 바이오 연료전지의 효소전극으로의 이용 등 새로운 바이오 분야의 응용에도 연구가 진행되고 있다. 효소에 의한 색소의 형성, 임상검사에 이용되는 효소의 안정화, 기질 특이성의 변경을 목표로 한 발현계의 구축 등이 이루어지고 있다. 앞으로 동을 포함한 금속이온의 생화학적 연구 개발과 응용 가치가 높아질 것을 기대하는 바이다.

저자: Kunishige Kataoka
자료유형: 학술정보