[사이언스] 산화환원 비활성 금속이 항암전구체 합성 반응 조절하는 현상 규명

신약 개발·나이트릴 활성 화합물 촉매 개발 등 도움

특허뉴스 염현철 기자 | 기사입력 2021/08/03 [17:32]

[사이언스] 산화환원 비활성 금속이 항암전구체 합성 반응 조절하는 현상 규명

신약 개발·나이트릴 활성 화합물 촉매 개발 등 도움

특허뉴스 염현철 기자 | 입력 : 2021/08/03 [17:32]

▲ 산화환원 비활성 금속이온을 이용한 코발트-퍼옥소 화합물의 나이트릴 반응조절 도식 / 산화환원 비활성 금속이온의 존재여부에 따라 코발트-퍼옥소 종과 나이트릴의 반응으로 전혀 다른 구조인 하이드록시메이토 코발트(III), 퍼옥시이미데이토 코발트(III) 화합물이 각각 생성되었다. 더 나아가 염기조건하에서 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 하이드록시메이토 코발트(III)로 바뀌는 것을 확인하였다. 이는 ‘탈양성자화된 퍼옥시이미데이토 코발트(III)’가 하이드록시메이토 코발트(III) 생성 반응의 중간체이며, 약산 역할을 하는 산화환원 비활성 금속이 이를 안정화시켜 중간 단계 물질인 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 분리·검출된다는 가설을 입증하는 것이다.(그림제공=UNIST)  © 특허뉴스


UNISTKAIST 연구진이 산화환원 비활성 금속의 종류에 따라 항암전구체 물질의 합성 반응이 달라진다는 사실을 새롭게 밝혔다고 3일 밝혔다. 항암전구체 약리작용 연구를 통한 신약 개발 등에 도움이 될 전망이다.

 

UNIST 화학과 조재흥 교수팀은 KAIST 화학과 백무현 교수팀과의 공동 연구를 통해 산화환원 비활성 금속이 하이드록시메이토 코발트(III) 합성에 관여한다는 사실을 알아냈다. 하이드록시메이토 코발트(III)는 나이트릴과 금속-활성산소 종이 반응해 생기는 물질이다. 암세포에서 과도하게 발현되는 특정 효소를 억제할 수 있어 암세포만 골라 죽이는 항암전구체 후보 물질로 꼽힌다.

 

연구 결과에 따르면 산화환원 비활성 금속의 유무와 그 종류에 따라 나이트릴과 코발트-퍼옥소 종(금속-활성산소 종)이 반응해 합성되는 생성물이 달라졌다. 산화환원 비활성 금속이 없을 때는 두 물질이 반응해 항암전구체인 하이드록시메이토 코발트(III)가 만들어졌지만, 약한 산(acid) 역할을 하는 산화환원 비활성 금속이 있을 때는 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 합성됐다. 반면 강한 산 있는 경우에는 나이트릴과 금속-활성산소 종이 서로 반응하지 않았다.

 

산화환원 비활성 금속이 약산으로 작용할 때 합성되는 퍼옥시이미데이토 코발트(III)는 하이드록시메이토 코발트(III) 생성 화학반응의 중간 단계 생성물로 밝혀졌다. 조 교수 연구팀은 ‘17년에 나이트릴과 금속-활성산소 종을 반응시켜 하이드록시메이토 코발트 합성에 최초로 성공한바 있다. 이번 연구로 퍼옥시이미데이토 코발트라는 반응 중간 단계 물질이 생성된다는 사실을 추가적으로 규명했다.

 

중간단계 물질의 생성은 저온 실험 등으로 확인했다. 또 계산화학 시뮬레이션 연구를 통해 약산으로 작용하는 산화환원 비활성 금속이 코발트-퍼옥소 종을 안정화 시켜 중간 단계 물질인 퍼옥시이미데이토 코발트의 생성 반응을 돕는 구체적 경로도 제시했다. 슈퍼컴퓨터를 이용한 계산화학 시뮬레이션은 백 교수팀이 주도했다.

 

, 이번에 연구된 화학 반응은 나이트릴(nitrile)이 포함된 화합물을 전환하는 생화학 촉매 개발에도 응용할 수 있다. 나이트릴은 의약품, 농약, 고무대체품 제조 등에 널리 쓰이는데 질소와 탄소가 단단히 결합돼 있어(삼중결합) 활성화 반응을 일으키기 쉽지 않았다.

 

조재흥 교수는 생체 내 효소반응에서 핵심 역할을 하는 산화환원 비활성 금속의 또 다른 기능을 알아냈다는 것과 이를 통해 나이트릴 활성을 조절했다는 점에서 학문적 의미가 크다이번 연구 결과는 향후 생명화학과 신약 개발 연구 등에 기여 할 수 있을 것이라고 전망했다.

 

한편, 산화환원 비활성 금속(Redox-inactive Metal)은 반응성이 낮아 자기 자신은 산화되거나 환원되진 않지만, 금속효소의 활성을 조절할 수 있는 금속이온이다. 광합성 효소에 포함된 칼슘 이온이 대표적이다.

 

이번 연구는 조재흥 교수 연구팀 김경민 학생(DGIST 파견연구원)이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 화학분야 저명 국제학술지인 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)’727일자로 온라인 게재됐다.

 

논문명은 Controlled Regulation of the Nitrile Activation of a Peroxocobalt(III) Complex with Redox-Inactive Lewis Acidic Metals 이다

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