분자 거울상을 형성하는 추진력

아미노산, 단백질, DNA의 나선형 형상에는 다양한 생물학적 현상이 존재하며, 이러

한 바이오분자는 모두 키랄성(chirality)을 갖는다. 키랄성은 변환 혹은 회전에 의해 

거울상 이미지(mirror image)가 포개지지 않는 성질을 말한다. 키랄성의 일반적인 

예는 사람의 손으로서, 오른손이 거울상인 왼손과 중첩될 수 없는 성질이다. 분자 대

칭성에 대한 이와 같은 특성은 분자의 화학적 성질을 규정하는데 매우 중요하게 고

려된다. 

그러나 과학자들은 원자 이하 수준의 약한 힘이 키랄성이란 것을 알고 있었지만, 이

러한 정전기적 상호작용(electrostatic interactions)이 키랄성을 어떻게 생성하는지

에 대해서는 여전히 미궁인 상태였다. 이러한 궁금증을 해결하기 위해 최근 노스웨

스턴대(Northwestern University) 재료 공학과 모니카 올베라 드 라 쿠르즈

(Monica Olvera de la Cruz) 교수 연구진은 정전기적 상호작용이 어떻게 자체적으

로 나선형의 형태를 발생시키는지를 밝혀냈다. 연구진은 키랄 물체가 가질 수 있는 

가능한 모든 일반적인 형태를 묘사할 수 있는 수학 모델을 구축한 후, 정전기적 상호

작용의 관점에서 가장 선호되는 구조를 계산하였다. 한편 이번 연구 결과는 Soft 

Matter에 보고되었다. 

이와 같은 계산 방식을 이용하여 연구진은 자연에서 발생하는 현상을 간단히 파악하

여, 이를 다양한 시스템에 일반화시켰다. 그들은 키랄성이 정전기적 상호작용의 결

과로서 자발적으로만 발생하며, 이중극성(dipolar) 혹은 단거리 반 데리 발스 힘

(van der Waals force)과 같은 보다 복잡한 상호작용을 필요치 않는다고 보고하였

다. 

또한 연구진의 모델은 탄소 나노튜브(carbon nanotubes)와 혼합된 DNA의 배열도 

설명한다. 그들은 DNA가 나노튜브 주변에 나선형을 형성함으로써, 상이한 형태의 

탄소 나노튜브를 분리하게 된다고 말하였다. 이러한 연구 결과는 현미경으로 관찰

된 선행 연구와 일치되었다. 또한 탄소 나노튜브 주변을 나선형의 DNA가 감싸고 있

는 것으로 예측된 결과는 최근 측정된 원자 힘 현미경 이미지와 놀라울 정도로 잘 맞

아떨어지기도 하였다. 

본론의 연구 결과는 자연이 어떻게 나선형 대칭을 생성하는지 이해하는데 있어 정전

기적 상호작용이 그 매개체라는 것을 이론적으로 확인한 것이다. 한편 연구진은 향

후 복잡한 현상을 추진하는 다른 대칭성을 생성하기 위해 간단한 상호작용을 어떻

게 이용할 수 있을지를 밝혀내는데 연구의 초점을 맞출 계획이다.

http://www.physorg.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-09