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식물의 광합성(光合成, Photosynthesis은 잘 알려져 있는 현상이지만 그 현상 자체에 대해서는 정확히 알려진 것이 그다지 없었죠. 광화학계II(光化学系Ⅱ, PSII)라고 불리는 단백질복합체가 빛에너지를 이용하여 물분자에서 전자와 수소이온을 분리해 내면서 산소를 형성하는 이 반응은 그렇게만 알려져 있을 뿐 그 순간을 포착할 일은 없었지만 이제 이게 가능해졌어요.
일본 오카야마대학 이분야기반기초과학연구소(岡山大学異分野基礎科学研究所)의 신겐진(沈建仁, 1961년생) 교수 및 스가 미치히로(菅倫寛) 교수는 토호쿠대학 다원물질과학연구소(東北大学多元物質科学研究所)의 난고 리에코(南後恵理子) 교수, 고휘도광학연구센터의 오오와다 시게키(大和田成起) 주간연구원 및 효과현립대학대학원 이학연구과(兵庫県立大学大学院理学研究科)의 쿠보 미노루(久保稔) 교수와 공동으로 광화학계II 결정에서 가시광선을 비추어 반응을 개시시킨 후에 X선 자유전자레이저 시설인 SACLA의 펨토초(10의 -15승) X선을 이용해서 예의 광화학계의 "일그러진 의자" 구조형의 촉매가 물분자에 작용하여 산소분자 생성의 준비가 완료될 때까지 일련의 움직임의 입체구조를 나노초(10의 -12승) 반위에서 밀리초(10의 -3승)의 시간 스케일로 포착하는 데에 성공했어요. 즉 이렇게 광합성의 순간이 세계최초로 포착되었어요.
이미지 출처
(광합성을 담당하는 "일그러진 의자" 모양의 촉매가 물분자에 작용하는 순간을 나노초 단위로 포착하는 데에 성공! -인공광합성의 실현에 큰 한 걸음-, 2024년 2월 1일 오카야마대학 프레스릴리즈, 일본어)
이 연구결과는 영국의 학술지 네이처(Nature)에도 게재되어 있어요.
그리고 이렇게 촉매에 필요한 성분인 칼슘(Ca) 및 망간(Mn)의 작용에 대해서도 보다 흥미로운 연구결과가 나오지 않을까 싶어요.
지속가능한 항공연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF)에 관심이 많은 저로서는 이렇게 광합성의 순간포착에 의한 메커니즘 규명이 산업분야에 적용될 기회도 많을 것이라고 보고 있어요. 그리고 미래를 판가름할 산업 중 바이오산업이 그 한 축이 될 것이라는 말이 바로 이렇게 실현되어 가는 중이라고 실감하고 있어요.
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2 댓글
DDretriever
2024-02-01 23:55:23
이렇게 찰나에 이루어진다니 역시 자연은 정말 신비하네요.
마드리갈
2024-02-02 00:12:31
정말 놀랍죠. 그리고 그 경이의 순간을 이제 인간이 포착할 수 있게 된 것도 굉장한 발견이예요.
"이해하다" 의 일본어 동사가 와카루(分かる)인데 이것은 나누어진다는 의미의 자동사. 즉 어떤 현상을 잘게 쪼개어 보면 결국 그 원리를 이해하는 영역에 들어간다는 의미가 되죠. 그리고 정말 그 어휘대로, 인간이 자연의 신비함을 더 잘게 나누어 보면서 더 잘 이해할 수 있게 되었어요.
조심스러운 예측이긴 하지만, 2020년대가 끝나기 전에 생명과학의 영역에서 전례없는 진보가 다발하는 게 아닌가 싶네요.