기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 분자 분광학 및 동력학 연구단(단장 조민행)은 4월 20일(수) 일산 킨텍스에서 열린 제 117회 대한화학회 학술발표회에서 IBS 심포지엄을 개최했다. IBS 심포지엄은 학술발표회의 시작을 알린 첫 행사로 국내·외 산학연의 화학 전문가 100여명이 대거 참석, 국내 분자 분광학·동력학에 대한 높은 관심을 보여줬다. 조민행 단장과 성재영 교수(중앙대학교), 윤태현 교수(고려대학교), 김지태 연구원(KRISS), 권오훈 교수(UNIST), 이한주 연구원(KBSI)이 관련 분야 주요 성과에 대한 강연을 이어갔다.

▲ 강당에 선 조민행 단장

기초과학연구원 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장은 좌장 송현규 교수(고려대 생명과학부)와 함께 단상에 올라 연구단을 소개하고 연구단에서 진행하고 있는 최신 분자 분광학과 동력학의 연구현황을 발표했다. 조민행 단장은 고려대 교수로 재직 중이던 지난 2014년 12월 IBS 연구단장에 취임, 현재까지 국내 화학분야 분자 분광학·동력학계에서 선도적 역할을 하고 있다.

▲ 영화 '매트릭스'의 한장면, 주인공(키아누 리브스 분)이 총알을 피하고 있다.

분자 분광학·동력학의 이해를 위해 먼저 영화 ‘매트릭스’의 주인공이 날아오는 총탄을 피하는 장면을 눈앞에 그려보자. 실제 우리 눈앞에서 초능력자가 초당 수 백 미터 이상을 날아가는 권총탄을 피하는 사건이 벌어진다면, 우리는 어떤 일이 벌어지는지 알 수 있을까? 영화에서는 친절하게 슬로비디오로 보여줬지만, 실제 우리 육안으로는 초능력자가 ‘순간이동’으로 바닥에 누운 것처럼 느낄 수 있을 뿐, 어떤 일이 벌어지는지는 전혀 알아볼 수 없을 것이다. 그럼 실제로 이렇게 짧은 순간에 벌어지는 사건을 관찰하고 싶다면? 최신 기술의 산물인 초고속 카메라를 활용하면 된다. 초당 1백만 장의 사진을 찍을 수 있는 최신 초고속 카메라로 사건이 벌어지는 장면을 촬영해 이 사진들을 동영상으로 천천히 재생하면, 순간에 벌어진 사건을 마치 영화와 같은 슬로비디오로 자세히 관찰할 수 있다. 그런데, 미세한 분자 단위에서 벌어지는 기초적인 생명현상들은 그 속도가 더욱 빠르다. 나노미터 수준의 크기를 갖는 분자들의 움직임, 예를 들어 생화학반응이 일어날 때 입자들의 움직임, 생체 내 효소에 분자가 붙었다 떨어지는 일, 광합성이 일어날 때 엽록소가 에너지를 전달하는 과정 등은 보통사람이 상상하기 힘든 극한의 시간, 1000조 분의 1초(펨토초, femto) 사이에 일어나는 일들이다. 이 찰나를 담아내는 기법이 바로 분자 분광학·동력학이다.

조민행 단장은 2009년 이러한 펨토초 단위로 일어나는 생체분자의 구조변화를 측정할 수 있는 초고속 분광법을 개발, 네이처를 통해 발표했다. 당시 단백질과 핵산 등 광학 이성질체* 분자의 구조를 규명하는 데 널리 쓰인 원편광 이색성 분광 측정법(circular dichroism)이 수초에서 수시간의 측정시간을 필요로 하는 까닭에 단백질 접힘-풀림과 단백질-핵산 결합 등 펨토초 수준의 광학 이성질 구조가 변화하는 현상을 관찰할 수 없던 한계를 극복해낸 것이다. 1조분의 1초 미만의 짧은 빛 노출시간을 가진 레이저 펄스를 활용, 생체분자의 변화를 시간의 흐름에 따라 측정할 수 있는 획기적인 방법이었다.

* 광학 이성질체는 거울상 이성질체로도 불리며 분자구성은 같으나 분자의 배치가 마치 오른손과 왼손 같이 거울상에 비춘 것처럼 다른 구조를 갖는 물질을 뜻한다. 분자 구조는 똑같지만 성질은 완전히 다르다.

실제 생체분자는 극한의 시간 영역에서 끊임없이 움직이며 변화한다. 따라서 초고속 생체동력학 연구의 활성화는 생체 메커니즘의 규명이라는 학문적 의미뿐만 아니라 타 생명과학 분야 및 제약 산업의 발전과도 직결되어 있다. 생명현상의 기본이 되는 생체분자의 구조동력학을 규명하기 위해서는 실험측정과 이론계산이 동시에 이루어져야 한다. 그리고 보다 정확하게 분자구조를 관측하기 위해 다양한 분광장치와 계산법의 개발이 필요하다. 새로운 분광법의 개발은 학계뿐만 아니라 산업계에도 그 파급효과가 대단히 커, 분광기기 산업 및 신약 개발 등 고부가가치 산업 발전에 지대한 영향을 줄 것이다.

▲ IBS 심포지엄 현장의 모습

화학 및 그 응용기술의 발전과 보급에 기여함으로써 과학과 기술의 진흥에 이바지하기 위해 설립된 대한화학회는 올해로 70주년을 맞았다. 이번 학술발표회는 IBS 심포지엄을 비롯한 4개 세션을 시작으로, 4월 20일(수)부터 22일(금)까지 행사기간 사흘 동안 화학 분야 최신 연구 성과를 교류하는 자리로 성황을 이뤘다.

대외협력실 김한섭