거미줄의 분자구조를 모방 - 효소를 이용한 천연단백질 모티프(motif)의 화학합성

クモ糸の分子構造を模倣する ― 酵素を利用した天然タンパク質モチーフの化学合成
Mimicking spider silk ― Chemical synthesis of natural protein motifs using enzymes

土屋康佑(쓰치야 고스케, Kousuke Tsuchiya) 沼田圭司(누마타 게이지,Keiji Numata)

그림1 거미견인줄의 단백질(MaSp1, Araneus diadematus)에 함유된 주기적 배열의 일부

밑줄은 결정성모티프(폴리알라닌) 부위를 나타냄

1. 서론

생체유래의 바이오고분자는 고갈되고 있는 석유제 품의 대체 소재로서 지속가능한 사회구축에 중요한 포인트가 되는 소재이다. 생물이 생산하는 중요한 바이오고분자의 하나인 단백질은 아미노산배열에 기인한 구조의 다양성을 실현하고 있으며 여러 가지 기능이 생물에 이용되고 있다. 그 중에서도 구조단백질은 세포골격이나 조직을 구축하기 위해 이용되기 때문에 뛰어난 역학특성을 가지고 있으며 생분해성이나 생체 적합성에 맞춰서 다양한 용도전개를 생각해 볼 수 있는 소재로서 주목을 받고 있다.

예를 들어 흔히 볼 수 있는 구조단백질로서 집에서 치는 누에(집누에)유래인 실크는 오래 전부터 고급섬 유로서 이용되어 왔지만 최근에는 의료분야에서도 실크에 대한 응용이 전개되고 있다. 한편, 실크는 다양한 동물유래(누에, 거미, 벌 등)가 존재한다. 특히 거미가 만들어 내는 거미줄실크는 강철에 필적하는 강도를 가지면서 잘 늘어나기 때문에 높은 강인성(toughness)를 나타내는 소재로서 주목을 받고 있다.

최근에 대장균이나 효모를 이용한 바이오합성법에 의한 인공거미줄단백질이 탈 석유의 새로운 소재로서 다양한 응용전개가 기대되고 있다. 뛰어난 강도를 살린 구조재료부터 보습ㆍ항균성 등을 이용한 화장품으 로의 응용까지 폭 넓은 개발이 진행되고 있으며 일부는 상품화도 시작되고 있다. 이같이 다양한 방면에 걸친 재료특성은 물론 실크단백질의 1차구조와 고차구 조에 유래하고 있고 구조와 물성의 상세한 상관관계에 관해 연구가 진행되고 있다. 우리들은 간편하고 적은 비용으로 단백질 소재를 인공적으로 합성하는 것을 목적으로 효소를 이용한 폴리펩타이드합성법을 개발해 왔다 ¹⁾ . 본고에서는 구조단백질의 1차구조 중에 발견된 여러 가지 폴리펩타이드에 초점을 맞춰 green chemistry의 본래 기법을 이용, 화학적으로 인공단백 질소재를 합성한 사례에 관해 소개하고자 한다.

※ 이 기사는 프레그런스저널코리아에 수록된 기사입니다. 이 기사의 전체 내용은 프레그런스저널코리아 2018년 7월호에서 확인하실 수 있습니다.