국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「복잡계자기조립연구단」(단장 김기문, POSTECH 교수)은 당류의 선택적이고 안정화된 담지를 가능하게 하는 합성수용체의 메커니즘을 규명했다고 12일 밝혔다.

‘쿠커비투[7]릴(CB[7])’의 강력한 주인-손님 상호작용을 이용하여 수용액상에서 당류의 선택적 담지 및 안정화를 보고한 이번연구는 생체 내 존재하는 당류의 담지와 이를 활용한 아미노당 항생물질의 운송·감지에 대한 응용가능성을 제시했다.

또 선택적인 약물담지 및 전달을 통해 의약분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

CB[7]은 쿠커비투[n]릴(CB[n])의 한 종류로, 단단하고 분자 안의 빈 공간을 지니는 호박모양의 거대(초미세 분자보다 큰) 고리 분자이다.

CB[7]의 빈 공간 및 CB[7]의 입구에 존재하는 카르보닐기(carbonyl)는 강한 이온-쌍극자 상호작용을 기반으로 하여 유기 암모늄 이온과 안정적이고 강력하게 주인-손님 복합체의 형성을 가능케할 것으로 연구진은 예상했다.

연구진은 호박모양의 고리 분자인 쿠커비투[7]릴이 수용액인 물에서 당을 선택적이고 강하게 결합함을 확인했으며 아미노 당류의 알파 아노머에 대한 초분자 안정화를 구현했다.

또 당류는 물 속에서 수화작용으로 인해 알파와 베타 두 가지 아노머 상태로 함께 존재하는데 이번 연구로 당류가 CB[7]를 통해 알파 아노머 상태로만 존재함을 밝혀냈으며 이는 지금까지 보고된 바 없어 학문적으로도 가치가 있다.

이번 연구성과는 지난 6일 세계적 학술지인 「안게반테 케미(Angewande Chemie)」 온라인에 게재*됐다.

* 논문제목 : ‘쿠커비투[7]릴: 아미노 당류와 강력한 상호작용을 보이는 주인분자를 이용한 수용액상에서의 알파 아노머 초분자 안정화’(Cucurbit[7]uril: A High Affinity Host for Encapsulation of Amino Saccharides and Supramolecular Stabilization of Their a-Anomers in Water), 제1저자 POSTECH 장윤정 박사과정생？포스텍 고영호 박사, 교신저자 : IBS 복잡계자기조립연구단 김기문 단장？인도화학생물학연구소 라말링감 나타라잔(Ramalingam Natarajan) 펠로우

IBS 김 단장은 “이번 연구 결과로 기존의 인공 수용체가 보여주기 어려웠던 당류의 인지 및 구조의 안정화를 보임으로써, 생체내의 일련의 과정의 탐지 혹은 약물전달시스템에 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 의미있다”고 말했다.

한편 아미노 당류는 많은 생물학적 과정과 질병의 생체지표 역할을 하는 아미노당항생물질의 중요 요소로 인공수용체를 이용한 아미노 당류의 인지에 관한 중요성이 대두되고 있다.

수용액상에서 작용하는 인공 당류 수용체는 감지 및 약물전달 등과 같은 분야로의 응용이 가능하다. 당류의 구조변화(아노머릭 효과·anomeric effect)의 연구에도 탁월한 역할을 한다.

붙임 1. 연구결과 개요, 2. 용어설명, 3. 사진설명, 4. 연구진 이력사항