| 초록 |
1. 서론 효소(enzyme)는 단백질이 대부분이고, 약간의 핵산이 섞인 조성의 생체촉매(biocatalyst)이다. 이러한 효소는 뛰어난 기질 특이성, 높은 촉매반응효율 등으로 인해 식품, 의약품, 생물산업 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 효소의 종류로는, (1) 항산화효소(superoxide dismutase, SOD), (2) 카탈라아제(catalase), (3) 산화효소(oxidase), (4) 과산화효소(peroxidase) 등이 있다. 한편 활성산소(reactive oxygen species, ROS)는 화학적으로 반응성이 뛰어난 산소 원자를 포함하는 분자를 말하는데, 초과산화물 라디칼(superoxide anion radical, O2-•), 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2), 수산화기 라디칼(hy-droxy radical) 등이 대표적인 ROS이다. 초과산화물은 주로 체내 호흡 과정에서 생성되는데, 반응물의 0.2~1%가 물로 변화되지 않으면서 초과산화물이 된다. 이러한 활성산소는 적절히 제거되지 않으면 신체의 다른 분자들과 쉽게 산화반응을 일으킬 수 있어서 세포와 조직이 손상을 입게 된다. SOD는 초과산화물(superoxide, O2-•)을 물과 산소로 변화시키는 효소이며, 수소이온도 반응물로 같이 작용한다. 카탈라아제는 과산화수소를 분해하여 물과 산소로 만드는 효소이며, 반응식은 다음과 같다. 과산화효소는 과산화수소를 분해하여 물로 변화시키면서 다른 기질(A)의 탈수소화, 즉 산화반응을 일으키는 효소이다. 과산화효소의 대표적인 예로는, 겨자무 과산화효소(horseradish peroxidase, HRP) 등이 있다. 항산화제(antioxidant)는 ROS를 제거하는 물질을 의미하는데, 카탈라아제와 과산화효소는 과산화수소를 제거한다는 점에서 모두 항산화제라고 할 수 있다. 산화효소는 물질의 산화반응에서 촉매작용을 하는 효소이다. 그림 1에 대표적인 효소와 그 대상 반응을 나타내었다. 그림 1. 대표적인 효소와 대상 반응의 예 (참고문헌 3 변형) 이와 같은 효소는 많은 장점에도 불구하고 (1) 적정 온도, pH의 온화한 생물환경과 같아야 하는 엄격한 반응 조건, (2) 복잡한 제조 및 정제 공정, (3) 촉매의 낮은 안정성, (4) 낮은 안정성, (4) 특정한 3차원 구조를 형성하여야만 촉매활성을 유지할 수 있기 때문에 산도 및 온도 그리고 주변 환경의 변화에 따라 활성도가 크게 변화한다는 점 등의 단점이 있어서, 산업화의 확장에 걸림돌이 되고 있다. 이러한 상황에서, 2007년에 최초로 Fe3O4 자기나노입자(magnetic nanoparticle, MNP)가 HRP 모방(mimetic) 과산화효소 촉매활성도를 보임이 보고되고 나서부터 지금까지, 이러한 촉매 특성을 띠는 나노입자(nanoparticle), 즉 나노자임(nanozyme)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 나노자임의 예로는 산화세륨(CeO2) NP, 철산화물(Fe2O3, Fe3O4 등) NP, 금(Au) NP, 산화구리(CuO) NP, 산화바나듐(V2O5), 철 기반 하이브리드 NP(예: BiFeO3 NP, CoFe2O4 NP, Fe-S NP, Fe-Se NP), 그래핀산화물(graphene oxide, GO) 등이 있다. 이 보고서에서는 이러한 나노자임의 특성, 종류, 응용 분야 등에 대하여 알아보았다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
