NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 5, 2010…531
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효소는 생명체내의 화학반응을 촉진시키는 나노미터(2~20 nm) 크기의 생촉매(biocatalyst)이다. 아미노 산으로 이루어진 선형 생고분자(linear biopolymer)인 효소는 한 가지 형태(conformation)의 구조로 자가 조립(self-assembly)되는데, 이 접힘 과정(folding)에 의해 효소의 유용한 성질인 효소선택성을 결정짓는 결 합주머니(binding pocket)가 형성된다. 효소의 선택성은 이미 매우 광범위 분야에서 사용되고 있으며, 또한 새로운 학문의 발전에 따라 그 응용분야가 점차 넓어지고 있다. 예를 들어 효소반응은 제약, 정밀화학, 식품 및 세제산업 등에서 널리 사용되고 있으며, 바이오센서(biosensor), 바이오정화(bioremediation), 바이오화학 전환(bioconversion) 등에서도 오랜 응용의 역사를 가지고 있다. 근래에는 바이오디젤 생산, 프로테오믹 분석 에서의 트립신 가수분해(trypsin digestion), 바이오 연료전지 등에서 효소의 새로운 응용이 확산되고 있는 실정이다.
그러나 효소의 변성(denaturation)이나 불활성화(inactivation)에 의한 효소 활성의 불안정성은 다양한 여 러 분야에서 유용하게 쓰일 수 있는 효소 선택성의 실제 응용을 종종 제한하고 있다. 이러한 문제점의 해결을 위해, 효소 활성의 안정화를 위한 여러 가지 접근 방식들이 시도되어 왔다. 그 예들로 효소 고정화(enzyme immobilization), 효소의 화학적 변형(enzyme modification), 유전자 조작을 통한 단백질공학(protein engineering), 그리고 용매공학(medium engineering) 등을 들 수 있다. 하지만 이런 다양한 접근 방식의 시 도에도 불구하고, 다양한 조건에서 효소의 실제 응용을 위해 요구되는 효소의 궁극적인 안정화는 여전히 이루 어지지 않고 있다.
나노테크놀로지의 눈부신 발전은 효소의 안정화를 위해 다양한 나노구조 물질들을 제공하고 있다. 그 예로써 나노세공성물질(nanoporous materials), 나노섬유(nanofibers), 나노입자(nanoparticles), 나노튜브 (nanotubes) 등을 들 수 있다. 이러한 나노구조물질들은 효소 고정화를 위해 높은 표면적을 제공함으로써 기 존의 방법들에 비해 훨씬 높은 효소 담지량을 실현할 수 있다. 최근 발표되고 있는 나노구조 물질과 효소 고정 화 방법의 상승적 작용(synergetic interactions)에 의한 다양한 효소 안정화의 연구결과들은 나노바이오촉매 (nanobiocatalysis)라는 새로운 학문의 지평을 열어주었다. 본 특별기획에서는 나노바이오촉매 접근방식에 의 한 효소안정화 기법 및 그 응용 사례들을 살펴보고자 한다.
김 중 배
고려대학교 공과대학 화공생명공학과, [email protected]