광합성 이용해 ‘청정 에너지’ 추출하는 방법 찾았다

영·독 물리·화학자들 <네이처>에 발표
광합성 초기단계서 전자 외부로 추출해
“인공 광합성과 연결 고리 될 것” 기대

영국 캠브리지대와 독일 보훔 루르대의 물리학자와 생화학자들로 구성된 공동 연구팀은 광합성 초기 과정에서 에너지를 추출할 수 있는 새로운 경로를 발견했다고 22일 과학저널 <네이처>에 보고했다. 삽화는 광합성 시스템에서 전자가 이동하는 모습을 이미지화한 것이다. 로빈 호튼 제공

영국 캠브리지대와 독일 보훔 루르대의 물리학자, 생화학자들로 구성된 국제 공동연구팀이 광합성의 초기 단계에서 전자를 추출해 이용할 수 있는 새로운 경로를 발견했다. 이 발견은 광합성을 활용한 청정 연료와 재생에너지 생산 가능성을 보여준 것이란 점에서 주목된다. 이 연구 결과는 22일 과학 저널 <네이처>에 발표됐다.

광합성은 식물이나 조류, 일부 박테리아 등이 빛을 이용해 물과 이산화탄소로 지구 생명체 대부분이 의존하는 기초 에너지를 만드는 과정이다. 과학자들은 화석에너지 과다 사용에 따른 기후위기에 대응하기 위해 광합성 과정을 본 따 청정 에너지를 생산하는 방법을 찾고 있다.

연구팀은 광합성 과정의 에너지 흐름을 펨토초(1000조분의 1초) 수준까지 추적할 수 있는 ‘초고속 분광법’을 활용해 광합성 초기 단계에서 전자가 광합성 세포의 광 반응센터 단백질을 통해 새어나오는 것을 발견했다. 연구팀은 또 엽록소를 가진 시아노박테리아(남세균) 생체 세포와 2,6-디클로로-1, 4-벤조퀴논(DCBQ), 메틸 비올로겐 등의 전자 매개체를 이용해 광합성 초기 단계 전자 추출이 실제 가능하다는 것을 보였다.

광합성을 모방해 에너지를 얻기 위한 기존의 접근 방식은 광합성 시스템의 말단 전자 수용체에서 전하를 추출하는데 중점을 뒀다. 하지만 이들의 발견대로 광합성 과정의 초기 단계에서 전자를 추출해 이용할 수 있으면 그만큼 광합성 에너지 이용 효율이 높아질 수 있다.

연구팀은 논문에서 “연구 결과는 광합성 초기 광여기(낮은 에너지 상태의 전자가 빛을 받아 높은 에너지 상태로 바뀌는 것) 상태에서 직접 다양한 외부 매개체로 전자 전달이 가능하다는 것을 보여 준다”며 “이것은 생물학적 광합성 경로를 재구성할 수 있는 가능성을 열어, 인공 광합성으로 연결시키는 고리가 될 수 있다”고 밝혔다.

이 연구를 이끈 캠브리지대 화학과의 제니 장 박사는 연구 설명자료에서 “많은 과학자들이 광합성의 초기 단계에서 전자를 추출하려고 시도했지만, 그 에너지가 단백질에 너무 묻혀 있어 불가능하다고 했다”며 “우리는 완전히 새로운 경로를 발견해 광합성의 블랙박스를 조금 더 열었다”고 말했다.

김정수 선임기자 [e-mail]

영국 캠브리지대와 독일 보훔루드대의 물리학자와 생화학자들로 구성된 공동 연구팀은 광합성 초기 과정에서 에너지를 추출할 수 있는 새로운 경로를 발견했다고 22일 과학저널 <네이처>에 보고했다. 연구팀(토미 바이키에) 제공