'쌍둥이 분자' 중 한 분자만 선택 합성…신약 개발 새로운 장 열어

'거울상 이성질체' 원하는 유형만 99% 골라 합성하는 촉매 개발

비대칭반응을 통한 카이랄성 감마-락탐 합성

[아시아경제 김철현 기자] 자연계의 많은 분자들은 자신과 닮은 '쌍둥이 분자'를 갖고 있다. 이들은 구성하는 원소의 종류와 개수가 같아도 서로 완전히 다른 성질을 나타낸다. 특히 쌍둥이 분자가 거울에 비친 모습과 같은 형상을 띈 경우를 '거울상 이성질체'라고 한다. 국내 연구진이 이 거울상 이성질체 중 한 종류의 분자만을 선택적으로 합성할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 신약 개발의 새로운 장을 열었다는 평가를 받는 이번 연구성과는 화학분야 권위지인 '네이처 카탈리시스' 19일자 온라인 판에 실렸다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)은 분자활성 촉매반응 연구단 장석복 단장과 박윤수 연구원이 두 개의 거울상 이성질체 중 한 종류의 분자만을 선택해 합성할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 이날 밝혔다. 또 이 촉매를 이용해 자연에 풍부한 탄화수소화합물을 의약품의 필수재료인 '카이랄 락탐'으로 제조하는 데도 성공했다.

거울상 이성질체는 왼손과 오른손처럼 서로를 거울에 비춰보면 같은 모양이지만, 아무리 회전시켜도 겹칠 수 없는 이성질체다. 거울상 이성질성 또는 카이랄성이라고 불리는 이 특성은 의약품 개발에도 매우 중요하다. DNA, 단백질 등 생체물질 역시 카이랄성을 지녀 개발된 약물의 유형에 따라 각각 다른 생리활성을 나타내기 때문이다. 또 한 쪽 유형이 유용할지라도 다른 유형의 이성질체는 독약이 될 수도 있다. 하지만 유용한 이성질체만을 선택적으로 합성하는 비대칭반응은 아직까지 현대 화학의 난제로 꼽혀 왔다.

연구진은 새로운 촉매 개발로 이 난제를 해결했다. 연구진은 후보 촉매 중 카이랄 다이아민 골격을 포함한 이리듐 촉매가 99% 이상의 정확도로 거울상을 선택할 수 있음을 발견했다. 이후 연구진은 계산화학 시뮬레이션 연구를 통해 높은 선택성의 원인을 분석했다. 또 개발한 촉매를 통해 다양한 구조를 갖는 카이랄 락탐 화합물을 합성하는 데도 성공했다. 이렇게 합성된 카이랄 락탐은 독특한 입체적 특성 때문에 생체 단백질과의 상호작용이 유용하다. 우리 신체를 구성하는 아미노산 유도체나, 천연물도 모두 카이랄성 분자인 만큼, 신체 내 생리활성을 효과적으로 높이는 약물 개발이 가능할 것으로 기대된다.

장석복 단장은 "약효를 갖는 의약품의 핵심 단위만 선택적으로 제조할 수 있는 기술로 향후 유기합성 및 의약분야 연구로 이어져 부작용을 덜고 효과는 높인 신약개발까지 이어지리라 기대한다"며 "자연계에 풍부한 탄화수소화합물을 재료로 고부가가치 원료를 제조할 수 있다는 경제적 효과도 있다"고 설명했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr