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주석산(주석산, tartaric acid)은 L(+) 및 D(-)형의 거울상 이성질체를 갖고 있어서 정밀 화학 및 많은 키랄 합성 의 전구체로 사용된다. 자연계에서 발견되는 주석산은 주로 L (+)형이 주를 이루며 D(-)형은 자연계에서 비교적 적게 존재한다. 동시에 주석산은 거울상으로 대칭인 저분자 화합물로서 화학적인 방법으로 합성하는 경우에 높은 광학 순도의 주석산을 합성하는 것은 비교적 어려운 작업이다. Epoxide 가수분해 효소 등 생물 촉매 (biocatalysts)을 사용하여 cis-epoxide succinate를 가수분해하여 고효율로 높은 광학 이성질체 순도의 주석산을 제조할 수 있다. 그 가운데 L(+) 및D(-)주석산의 cis-epoxide succinate를 가수분해하는 효소를 각각 CESH[L] 및 CESH[D]라고 부른다. 20세기 70년대 이미 자연계에서 CESH [L] 및 CESH [D]가 발견되었고 이어서 공업적으로 주석산을 합성하는 것이 가능해졌지만 이 두 종류의 결정 구조가 없어서 입체화학적 메커니즘은 아직 불분명한 상태이다. 그 외에, epoxide의 가수분해 효소의 종류가 많아서 기존의 연구에서 분자 개조를 통해서 다른 종류의 epoxide기질에 대해서도 가수분해를 진행할 수 있다는 것이 밝혀졌다. Epoxide 가수분해효소 (EH)를 이용하여 다양한 구조의 키랄 화합물을 제조할 수 있기 때문에 생물촉매의 개발 영역 가운데에서 중요한 의미를 갖고 있다.. 중국과학원 청도 바이오에너지 및 생물공정 연구소의 대사산물 연구 (metabolome)분야의 연구팀은 이미 얻은 CESH[D]의 고순도 발현 및 분리를 바탕으로 청화대학의 연구팀과 공동으로 이 효소의 고분해능 결정 구조를 해석하는데 성공하였다. 또한 이 구조에 근거하여 CESH[D의 입체화학적 메커니즘을 규명하여 최근에 영국 왕립 화학회 (RSC)의 대표 저널 가운데 하나인 Chem. Commun. 에 ‘ Structural insight into the catalytic mechanism of a cis-epoxysuccinate hydrolase producing enantiomerically pure D(-)-tartaric acid. ‘ 라는 제목으로 발표하였다. CESH[D]의 구조를 통해 한 개의 아연 이온이 효소와 기질이 결합하는데 중요한 작용을 한다는 것을 밝히면서 주위의 아미노산들이 많은 숫자의 수소결합을 통해 촉매 작용을 하는 아미노산과 기질이 정확하게 고정되도록 하는 작용을 한다는 것을 밝혀냈다. 이를 통해 고도의 정확한 입체적인 촉매 작용이 가능하며 고순도의 광학 이성질체의 D(-)주석산을 생산하게 된다는 것을 알게 되었다. CESH[D]의 구조와 촉매 메커니즘이 밝혀지면서 동시에 이와 같은 효소에 기초한 새로운 생물 촉매의 설계를 가능하도록 하는 기초를 제공했다고 평가할 수 있을 것이다. 이러한 연구는 청도 바이오에너지 및 생물공정 연구소의 마근강(冯银刚), 최구(崔球) 연구원과 청화대학의 왕신천(王新泉) 교수의 공동 연구로 완성되었다. 청도 바이오에너지 및 생물공정 연구소의 동성 (东升)연구원이 주저자이며 이 연구는 중국자연과학기금의 지원으로 이루어졌다. |
