[신기술소개] 노스캐롤라이나 대(University of North Carolina at Chapel Hill) : 미세유체 전기 화학을 통한 나노 방울에서의 효소 속도 가속 측정 기술 개발

KIC News, Volume 24, No. 4, 2021

KIC News, Volume 24, No. 4, 2021 71

노스캐롤라이나 대(University of North Carolina at Chapel Hill) : 미세유체 전기 화학을 통한 나노 방울에서의 효소 속도 가속 측정 기술 개발

벌크 용액에서보다 나노 방울에서 100배 빠른 회전율

효소는 일반적으로 벌크 용액에서 연구되지만 전기분무 이온화 (Electrospray ionization)에 의해 만들어 진 물방울과 같은 제한된 환경은 세포 내부의 자연 환경을 더 가깝게 모방할 수 있다. 또한, 전기분무 기술 은 다양한 크기의 액적을 형성하므로 액적 크기가 반응 속도에 미치는 영향을 정량화하기 어렵다. 노스캐 롤라이나 대학의 Jeffrey E. Dick 교수 연구팀은 금 미세 전극을 사용, 수성 나노 방울에서 효소의 반 속도 를 전기 화학적으로 측정해, 반응속도가 입자 크기에 어떻게 영향을 받는지 확인하였다(Proc. Natl. Acad.

Sci. USA 2021, DOI: 10. 1073/pnas.2025726118). 모델 시스템으로 연구팀은 1,2-디클로로에탄 에멀젼 (1,2-dichloroethane emulsion)에서 포도당 탈수소 효소에 기반한 플라빈 아데닌디 뉴클레오타이드(flavin adenine dinucleotide– dependent glucose dehydrogenase)를 사용했다. 개별 나노 방울은 미세 전극에 흡 착되며, 전기장의 페로시아나이드(ferrocyanide)-페리시아나이드(ferricyanide) 산화 통해 효소 반응을 유 도한다. 이는 반대로 효소 포도당 산화를 위한 전자 전달과 페로시아나이드 환원으로 귀결된다. 이러한 순 환은 포도당이 소모될 때까지 전류를 생성하며, 전류는 액적의 크기 감소에 따라 벌크용액 속도의 100배까 지 증가하는 효소 회전율을 결정하는 데 사용할 수 있다. 이 방법을 사용해 다른 반응의 액적별 정량화를 통해 현상이 얼마나 일반화되었는지 확인할 수 있다. 본 연구를 기반으로 연구자들은 생명체가 이러한 구 속 기반 가속을 어떻게 사용하는지에 대해 연구할 계획이다.

연구성과는 미국 국립과학원(United States National Academy of Sciences)의 Proc. Natl. Acad. Sci.

온라인판에 게재되었다(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2021, DOI : 10.1073/pnas.2025726118).

Figure. 금 미세 전극을 통해 표면에 흡착된 수성 나노 방울에서 효소의 반응 속도 측정(Credit: Proc. Natl. Acad. Sci.).

출처: 2021. 6. 20. Chemical & Engineering News (https://cen.acs.org/analytical-chemistry/microfluidics/Electroche mistry-measures-enzyme-rate-acceleration/99/i23)

작성: 손 희 상 (광운대학교)