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- 빛이 닿은 후 티로신 원자가 예기치 않게 분리
- 파편의 경로는 알려진 재배열 경로에서 완전히 벗어나.
- 아미노산의 해리 때문에 로밍은 단백질과 다른 생체 분자가 빛에 반응하는 방식에 중요한 역할
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생체 분자에서 로밍
화학자들이 처음으로 아미노산 티로신의 새로운 원자 재배열을 관찰했다.

로밍 원자:
화학자들이 아미노산 티로신에서 예상치 못한 반응인 로밍을 관찰했다. 빛의 영향으로 수소 원자가 분자에서 분리되어 분자 주위를 이동하고 다른 지점에 다시 정착한다. 생체 분자에서 이전에 볼 수 없었던 이 반응은 분자의 분해를 촉진하고 자유 라디칼을 생성할 수 있다. 연구자들은 다른 펩타이드와 아미노산도 이러한 로밍을 보일 수 있다고 생각한다. 

▲ 연구 개요도 (출처: 관련논문 Deep learning study of tyrosine reveals that roaming can lead to photodamage)

 

원자와 분자에 에너지를 추가하면 방사선의 형태로 상태가 변경된다. 즉, 에너지의 일부를 흡수하고 전자가 더 높은 에너지 준위로 전환된다. 이 들뜸의 강도에 따라 이온화되고 원자에서 전자가 "튀어나오거나" 원자가 광자를 방출하면서 바닥상태로 되돌아간다. 알버트 아인슈타인은 이미 이러한 광물질 상호작용을 예측했다.

빛에 대한 아미노산의 반응 조사

비엔나 대학의 Julia Westermayr와 그녀의 동료들이 이제 발견한 것처럼 일부 분자는 빛에 대해 또 다른 반응을 보이는 것으로 보인다. 연구를 위해 그들은 광화학 반응이 알려진 인체의 세 가지 필수 아미노산 중 하나인 광 여기(light excitation)에 대한 아미노산 티로신의 반응을 조사했다. 빛에 의한 자극과 티로신의 단편화는 피부 노화나 백내장과 같은 과정을 촉진하는 것으로 의심된다.

그러나 실험에서 관찰된 티로신 반응은 양자화학적 해석이 어려워 연구자들이 시뮬레이션을 통해 과정을 재구성하려는 시도를 하고 있다. 이를 위해 Westermayr와 그녀의 팀은 여러 가지 방법을 결합하고 인공 지능을 사용해 가능한 많은 프로세스에서 실제 프로세스를 추출했다.

Westermayr는 "슈퍼컴퓨터에서 양자 화학 계산에 의해 생성된 다양한 훈련 데이터는 우리의 신경망에 의해 통합되었으며, 이를 통해 광화학 여기 후 모든 방향에서 티로신의 움직임을 추적할 수 있었다"라고 설명했다.

표류 수소 원자

결과는 놀라웠다. Westermayr의 동료 Philipp Marquetand는 "빛이 닿은 후 티로신 원자가 예기치 않게 분리되어 날아가서 말 주위를 윙윙거리는 파리처럼 잠시 동안 나머지 티로신 분자 주위를 도는 것"이라고 말했다. 수소 라디칼인 날아다니는 파편의 경로는 알려진 재배열 경로에서 완전히 벗어나고 화학적 규칙에 따라 예상되는 것과 일치하지 않는다.

이 로밍이 멈춘 후, 떠돌아다니는 수소 원자는 아미노산의 다른 부분에 부착돼 분자 내의 다른 수소 원자의 재배열을 촉발한다. 이 프로세스는 수백 펨토 초에서 수 나노 초까지 걸릴 수 있다고 팀은 보고했다.

▲ 로밍할 때 수소 원자는 분자 구조에서 스스로 분리되어 분자 주위를 날아다닌 다음 다른 지점에 다시 안착한다. © J. Westermayr/ P. Marquetand

생체 분자에 대한 결과로 로밍

화학자 팀이 2004년에 처음 발견된 생체 분자에서 로밍 현상을 최초로 입증했다. 이전에는 분자에서 이러한 비정상적인 형태의 재배열이 포름알데히드에서만 관찰됐다. 그러나 아미노산 티로신의 경우 원자의 이러한 방랑은 그다지 유익하지 않다. 로밍이 발생하면 분자의 36%만 안정적으로 유지되는 반면 64%는 완전히 또는 부분적으로 분해된다.

보다 상세한 분석은 떠돌아다니는 물 원자가 단순한 양성자가 아니라 라디칼, 즉 단일 전자를 가진 화학적으로 매우 반응성인 원자임을 밝혀냈다. 이것과 아미노산의 해리 때문에 로밍은 단백질과 다른 생체 분자가 빛에 반응하는 방식에 중요한 역할을 할 수 있다고 팀은 설명했다.
(Nature Chemistry, 2022; doi: 10.1038/s41557-022-00950-z)
출처: 비엔나 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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