[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 세종대학교, 프랑스 국립과학연구센터(CNRS), 콜레주 드 프랑스(College de France) 연구팀과 공동으로 양전하와 음전하를 가지는 입자들이 무작위로 연결된 고분자인 중합양성전해질(polyampholyte)에서 가장 안정된 고분자 구조의 모양을 규명했다고 23일 밝혔다.
일반적으로 고분자 물리학에서는 무작위(randomness)가 존재하는 세상은 대칭구조로 존재할 수 없다는 이론이 존재하고 이를 검증하기 위한 연구가 진행 중이다.
특히 중합양성전해질과 같이 전하를 띤 고분자가 수용액에 담겨져 있는 경우 고분자는 ‘진주 목걸이’의 모양과 유사하게 여러 개의 구상 구조가 연결된 형태로 존재할 수 있다.
이때 고분자를 이루는 입자가 가지는 전하의 서열이 규칙적이냐 아니면 무작위적이냐에 따라 만들어지는 진주 목걸이의 크기와 모양이 달라진다.
이로 인해 전하 서열이 규칙적으로 분포한 경우에는 진주 목걸이를 이루는 진주의 크기가 거의 동일한 반면 전하가 무작위로 분포하는 경우에는 크기가 제각각인 진주들로 구성돼 전하 분포에 무질서가 도입되면 대칭구조가 깨진다.
이번 연구팀은 이러한 이론적 전제를 확인하기 위해 에너지를 최소화하는 방법 중의 하나인 심플렉스(simplex) 방법을 이용해 비대칭 구조를 갖는 진주 목걸이 중에서 큰 진주 하나와 작은 진주 여러 개로 이루어진 형태가 가장 낮은 에너지를 갖는 구조임을 처음으로 규명했다.
이 검증에서 쓰인 심플렉스(simplex) 방법은 주어진 부등식을 만족하는 선형방정식의 최대값 또는 최소값을 구하는 방법이며 주로 주어진 자원으로 이윤을 최대화하거나 비용을 최소화하여 원하는 목적을 만족시키는 해를 구하고자 할 때 사용되는 방법이다.
또 무작위 전하 서열을 가지는 중합양성전해질의 진주 크기 분포를 분자동역학 시뮬레이션을 이용해 계산했고 이론에서 예측한 결과와 동일한 결과를 얻었다.
이 연구과정에서 분자동역학 시뮬레이션은 KISTI 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온을 활용했다.
KISTI 슈퍼컴퓨팅응용센터 정영균 책임연구원은 “중합양성전해질의 전하서열이 일단 정해지면 구상 구조의 크기와 개수가 수용액 내에서 특정하게 정해지지 않고 열적요동 때문에 시시각각 변하는데 이러한 특성은 고유한 구조나 특정한 형태가 정해져 있지 않아 단백질 전체가 비정형인 비정형단백질(intrinsically disordered protein, IDP)이나 일부만 비정형인 비정형부분(intrinsically disordered region, IDR)의 물리적 특성을 연구하는데 적용될 수 있다”고 말했다.
이 연구는 국제 학술지인 미국화학회 매크로 레터스(ACS Macro Letters)에 게재됐다.