홍합의 우수한 접착 능력에 대한 분자 구조를 상세하게 해명하고, 그 원리를 이용하여 더 강력한 접착제
를 제작하는데 성공했다고 하는 논문이 Science지에 게재되어 있다.
일반적으로 물체을 무언가의 표면에 접착하기 위해서는 다양한 제약이 존재한다.
예를 들어, 매끈한 표면에 그리고 물에 젖어있는 표면에 성능 좋은 접착제를 사용하여 고정하기 위해서는
많은 수고가 필요하다.
그런데 홍합을 비롯한 홍합의 동료는 높은 염분 농도와 pH 변화 등의 화학적 작용 이외에 파도와 조석에
의한 기계적인 힘이 항상 가해져도, 다리 실(속칭 수염다리)이라는 조직을 체외로 연장하여 요철이 심한
바위 표면에 강력하게 달라 붙는 능력을 갖추고 있다.
그들의 능력은 다리 실 끝에서 분비되는 홍합 접착 단백질(mussel adhesive protein, MAP)라고 불리는
특수 단백질에 의한 것이다. 만약 그들의 흡착 능력을 분자 수준으로 상세하게 해명하고, 인공적으로 동등한
재료를 합성 할 수 있다면, 수중이나 거친 표면에서도 강력하게 작동하는 신형 접착제 및 출혈에 의해 젖어
있는 상처 부위를 신속하게 밀봉 시켜줄 수 있는 의료용 접착제의 개발로 이어질 수도 있다.
그러나 지금까지의 연구에서는 홍합의 접착 능력에 기여하는 단백질 분자의 파악은 어느정도 행해지고 있었
지만, 그 분자가 표면과 어떻게 상호 작용하고 접착을 하고 있는지에 대해서는 밝혀지지 않았었다.
▼ 다리 실을 뻗어 붙어있는 홍합.
논문을 발표 한 캘리포니아 대학 산타 바바라의 연구 그룹은 이전에 cyclic trichrysobactin(CTC)라는 분자가
MAP에서 중요한 역할을 하고 있다고 보고하고 있으며, 이번에 새롭게 아미노산의 일종 인 리신과 3,4
디히드록시 페닐알라닌이라는 카테콜 분자가 CTC에 풍부하게 존재하고 있음을 밝혔다.
그러한 CTC의 구조를 참고로 6종류의 화합물을 합성하고, 접착력과의 관계를 비교 한 결과, 리신 및 카테콜의
양자를 포함 한 분자는 수중에서도 뛰어난 접착성이 인정되는 반면, 리신을 포함하지 않는 분자는 접착성의
향상이 인정되지 않았다라는 것. 또한, 리신 및 카테콜의 삼량체는 CTC에 비해 두 배의 접착 강도를 나타내는
것도 증명하고 있다.
이러한 결과로, 연구팀은 분자의 리신이 젖은 표면의 수화 층에 들어가 수소 이온을 제거하여 접착에 적합한
환경을 만들고, 거기에 카테콜이 들어가 수소 결합을 형성하는 것으로 접착이 이루어지는 모델을 제안.
▼ 젖은 운모의 표면 모델.
분자의 아민 양이온(핑크)가 수화 표면의 나트륨 이온(금색)을 제거하고 표면을
수소 결합(그림 오른쪽 하단의 녹색 부분)이 형성되기 쉬운 상태로 변화시킨다. 참고로, 이번 논문의 저자 중
한명 인 Jacob Israelachvili 씨는 지난해에도 홍합 접착 단백질을 응용 한 "수중자가 치유가 가능한 폴리머
재료"에 관한 논문을 발표했었지만, 이 연구에서도 카테콜에 의한 분자 자격이 열쇠임을 시사하고 있다.
요리의 조리에 방해자에 지나지 않았던 홍합 수염이 실은 첨단 기술의 힌트가 될줄이야.....
정말 복잡한 화학 반응이라는 과학은 신기하고 끝도 없을 것 같은~~
via Sciencedaily
