연구성과

화공 차형준 교수팀, 철 이온 결합에 따라 표면 접착력 변화되는 홍합 접착 메커니즘 규명

2016-11-22353

[바다 속 홍합이 표면에 붙을 수 있는 접착단백질 메커니즘 최초로 밝혀]

news20161022

부러진 플라스틱 제품을 다시 붙이고 싶을 때 우리는 보통 본드를 포함한 다양한 접착제를 사용한다. 인체에 사용할 수 있는 생체접착제도 있는데 이는 찢어진 장기 접합과 같은 수술에 사용된다. 더 나아가 철 이온 결합에 따라 접착력을 스스로 조절할 수 있는 메커니즘이 밝혀져 향후 생체 접착 소재 활용에도 기대할 수 있을 전망이다.

차형준 교수 연구팀은, 바다의 홍합이 표면에 붙을 때, 도파-철 이온 결합과 수소 이온 농도 (pH)¹에 따라 홍합이 더 강하게 달라붙을 수 있다는 사실을 최초로 밝혀내었다.

홍합은 자체적으로 분비하는 여러 종류의 접착단백질 덕분에 바다 속 바위 표면에 붙어 부력에도 완강하게 버틸 수 있다. 이러한 홍합의 성질을 이용해 보다 안전하고 효과적인 생체접착제를 개발하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

홍합의 접착에는 도파(Dopa)²라는 아미노산의 역할이 중요하다. 그중에서도 도파와 철 이온이 결합할 때 구조와 특성을 원래대로 유지하려는 자가복원 특성을 가지고 있어 접착단백질이 더 잘 작용할 수 있도록 기여하는 것으로 알려져 있다. 하지만 실제 홍합 접착이 일어나는 면과 면 사이에서는 어떠한 역할이 이루어지는지 밝혀지지 않고 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해, 철 이온과 홍합의 접착에 큰 역할을 하는 도파를 접목 시킬 때 더 단단하게 뭉친다는 성질을 활용하여, 도파-철 이온 결합과 pH 정도에 따라 접착단백질들끼리 서로 뭉치려는 힘(응집력)과 표면에 붙으려는 힘(표면접착력)에 미치는 영향을 연구하였다. 접착을 위해서는 응집력과 표면접착력 모두가 중요하며, 초기에는 표면접착력이, 나중에는 응집력이 큰 영향을 미친다.

그 결과, pH가 높아지면 도파-철 이온 결합으로 접착력이 향상되어 더 강하게 달라붙는 것을 확인했다고 연구팀은 밝혔다. 즉, 실제 알려진 것처럼 홍합은 접착단백질을 분비하여 표면에 붙는 동안에는 낮은 pH 환경을 만들어 표면접착력을 좋게 유지하고, 이후에는 바닷물의 높은 pH에 맞춰 스스로 도파-철 이온결합을 통해 응집력을 좋게 함으로써 더 강하게 붙는다는 것이다.

연구를 주도한 차형준 교수는 “이번 연구는 그동안 알려지지 않았던 접착 면에서의 도파-철 이온 결합 역할을 규명함으로써 홍합 접착 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공했다”며 “특히, pH에 반응하여 접착력을 조절할 수 있는 새로운 생체접착소재로서의 활용 가능성도 기대된다”고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 해양수산부가 추진하는 해양수산생명공학사업의 ‘해양 섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발’의 지원을 받아 수행됐으며, 화학분야의 권위지인 ‘케미스트리 오브 머터리얼즈(Chemistry of Materials)’를 통해 발표되었다.


1. pH (pH value)
pH는 물의 산성이나 알칼리성의 정도를 나타내는 수치로서 수소 이온 농도의 지수이다.

2. 도파 (Dopa)
실제 홍합의 접착 메커니즘에 가장 큰 역할을 한다고 알려진 도파(Dopa)는 단백질을 구성하는 아미노산 중 하나인 타이로신(tyrosine)에 수산화기가 하나 더 붙은 형태의 아미노산이다.