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광 수확 양성자 펌프의 바이오에너지 응용

전문가 제언: ○ 화석연료 고갈에 대한 우려와 온실가스 감축 등 세계적인 환경규제로 태양에너지의 활용에 대하여 관심이 높아지고 있다. 특히 액상 운송연료를 대체할 수 있는 바이오연료는 주 원료원이 식물의 광합성 산물이라고 볼 수 있다. 이 글에서는 빛에너지를 이용하여 양성자 동력을 일으켜 막 관통 단백질을 운송, 조절하거나 ATP 및 NADH를 생성하는 광 수확 양성자 펌프에 대한 주요 특징들을 기술하였다.

○ 양성자 농도구배(gradient)는 원핵생물의 산화-환원 반응에서 나오는 에너지를 이용하여 막을 통해 양성자를 퍼내기 때문에 생기는 것이다. 이 반응을 추진하는 전자(e?)들은 광합성에서 엽록소가 빛을 흡수하거나 고에너지 분자가 이화작용으로 분해될 때 생긴다. ATP의 합성은 양성자 농도구배에 의해 돌아가는 효소의 작은 모터에 의해 이루어진다.

○ 식물이나 조류(algae)의 광합성 초기단계에서 이론적 태양에너지 전환율은 11%이나 2차 과정이나 생장단계에서는 그렇지 못하다. 가장 높은 전환율을 갖는 작물 중 하나인 사탕수수가 최대 1.6%이며, 온대 작물은 통상 0.2~0.4% 수준이다. PR(Proteorhodopsin) 등 양성자 펌프를 유전자조작에 의해 유기체에 도입하면 생장률을 높이고 집중 수확이 가능하여 바이오연료의 효율성과 경제성 향상에 획기적인 전기가 마련될 수 있을 것이다.

○ 다양한 생명 현상들의 기본이 되며 중요한 역할을 하는 양성자 역학과 관련하여 다양한 로돕신(rhodopsin)의 발견과 새롭게 알려진 생화학적, 물리학적, 생리학적 특성에 따라 그 응용에 대한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. 바이오태양전지, 생물학적 수소의 생산, 인공광합성 모방체, 광센서 등에 대한 응용과 PR을 다량 채취하여 생물학적 에너지원으로 BT 산업 등에 이용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있으므로 가까운 장래에 바이오에너지의 시대가 도래할 것으로 기대된다.

저자: Jessica M Walter et al.
자료유형: 학술정보