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환경적 생물 촉매 - 효소 개선으로부터 새로운 녹색 프로세스 달성

전문가 제언: ○ 미생물반응은 생물 촉매 및 생체분해에서 중요한 역할을 한다. 생물 촉매는 유용한 화합물을 만들 목적으로 신진대사를 하는 것이며, 생체분해는 잠재적 독성물질은 비독성물질로 변환하는 프로세스라 할 수 있다. 생체분해 경로에서 많은 유용한 생물 촉매가 나타나기 때문에 이 두 가지 개념 사이에는 강한 연관이 있다. 산소화효소 및 다른 생물분해효소는 산업적으로 유용한 화합물 생산에 사용될 수 있는 양성(良性)의 촉매이다.

○ 자연은 광범한 에너지를 소모하면서 효소 및 특이성과 입체선택성을 가진 생물 촉매를 사용하여 많은 복합분자를 생합성한다. 효소는 화학촉매에 비하여 환경적으로 위해성이 없음으로 ‘녹색’ 촉매라 할 수 있다. 새로운 생화학적 활동이 검출되면, 원하는 기질 특이성, 열적 안정성, 또는 더 높은 활성을 달성하기 위하여 자연효소를 개선하는 데 관심을 가진다. 개선된 효소를 얻기 위하여 합리적 단백질 설계 접근법으로, DNA 재편에 의한 유전자 다양성을 생성하여 많은 효소 변형체를 만들어 내고, 이를 선별하여 원하는 특질을 얻는 방법은 아직도 어려운 과제로 남아있다.

○ 올레산 알킬 에스테르(바이오디젤)는 용매가 없는 조건에서 생물 촉매에 의하여 합성된다. 상용의 고정화된 Pseudomonas cepacia 리파아제(지방분해효소)가 6시간 만에 100% 반응을 완결하는 가장 활성적 효소로 알려져 있다. 반응온도, 물의 활동도 및 화학약품의 화학양론적 비율 등 반응조건은 최적화되어야 한다. 짧은 알킬 사슬을 가진 선형 및 곁가지 1차 알코올이 높은 반응율과 전환을 보인다. 바이오디젤은 낮은 온도성질로 인한 높은 운점(雲點) 및 유동점을 가지는 단점이 있어 이를 극복하기 위한 첨가제를 가해 주어야 한다.

○ 효소에 기초한 생물연료전지는 현재 많은 관심사항이나, 실제 적용에는 몇 가지 문제를 고려해야 한다. 단수명 및 불량한 전력밀도가 문제인데 이들은 효소안정도, 전자전달률 및 효소부하량 등과 관련이 있다. 이를 극복하기 위하여 나노생물 촉매 사용을 시도하여 좋은 결과를 얻었다. 나노 구조물에 고정화된 효소의 활성과 안정성이 중요한 관건이다.

저자: Alcalde, M; Ferrer, M; Plou, FJ; Ballesteros, A
자료유형: 학술정보