광합성은 클로로필 염료들로 구성된 안테나 단백질이 빛을 모아 그 빛에너지를 화학결합의 형태로 저장하는 과정이다. 이같은 식물의 광합성 시스템을 인공적으로 구현해 더 높은 광수확 효율을 얻기 위해서는 염료간의 최적거리 등에 대한 정보를 알아내는 것이 관건이었다.

연구팀은 나선구조로 되어 인공단백질 설계에 많이 활용되는 '펩토이드'를 사용해 5가지 형태의 인공 안테나 단백질을 설계하고 염료간 에너지 전달이 원활히 일어날 수 있는 최적화된 구조를 찾아냈다. 펩토이드(peptoid)는 생체 단백질의 기능을 인공적으로 모사하기 위해 개발된 신물질로, 아미노산 40개 이하가 모여 이루어진 생체고분자인 펩타이드의 유도체이며 나선형 구조와 같은 2차 구조 형성이 용이해 인공 단백질 설계에 사용된다. 연구팀은 이러한 펩토이드 골격이 나선구조를 이루고 염료간 가까이 있을 때 염료분자가 들뜬 에너지 상태에서 서로 결합하는 것을 관찰하는데 성공했다.

펩토이드는 기존의 고분자나 DNA의 나선구조를 이용하는 인공 단백질에 비해 합성이 용이하고 구조를 정밀하게 제어할 수 있다는 것이 장점이다. 특히 합성된 안테나 단백질은 자기조립(self-assembly)도 가능해 거대분자인 식물 안테나 단백질 모사에 적합하다는 것이 연구팀의 설명이다. 서지원 교수는 "35억년간 식물이 발전시켜 온 광합성 시스템의 효율을 이기는 것은 쉬운 도전이 아니지만, 이번 연구결과는 인공 광합성 안테나의 대량생산을 위한 연구의 토대를 마련한 것"이라고 연구의의를 밝혔다.

한편 이번 연구에는 GIST 강보영 학생(화학과 4학년)이 논문의 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 유기화학 분야에서 권위를 자랑하는 'Organic Letters' 온라인판에 최근 게재됐다.