녹색식물이 빛을 흡수하는 엽록소는 a와 b 두 종류가 있다. 엽록소 기능에 대해선 생물학적으로 분자단위 연구도 많이 진행했다.

그러나 왜 이 같이 엽록소가 두 종류로 나뉘어 존재하는지 의문을 던지거나, 규명해 본 적은 없다.

한국에너지공과대학교(KENTECH)는 김희태 교수 연구팀이 8년간 국제공동으로 녹색 식물, 녹조류, 남세균 등의 광합성을 담당하는 엽록소 구성 및 위치에 숨겨진 비밀을 최초로 규명, 공개했다고 12일 밝혔다.

국제 연구는 일본(국립기초생물학연구소, 국립분자과학연구소, 니혼대, 도쿄대, 교토대), 오스트리아(공급망연구소), 칠레(탈카대)가 참여했다.

녹색 식물에는 빛을 효과적으로 흡수하는 집광안테나복합체 (LHCII)가 있다. 광합성에 중요한 역할을 하는 광계 (Photosystem) I과 광계II에는 엽록소a만 있는 반면, 집광안테나복합체에서는 특별히 엽록소b도 함께 에너지 전달을 매개한다.

기존 연구에서는 이 두 가지 엽록소들 각각의 물리적, 생화학적 특성을 주로 규명했다.

김희태 교수는 "집광안테나복합체에서 엽록소a와 b가 왜 현재와 같은 비율과 위치로 존재하는지 근본적인 이유에 대해서는 진화적인 비밀로 남아 있었다"고 설명했다.

김 교수는 "에너지 전달 네트워크를 구축해 분석했더니, 자연계 광합성이 최고 효율은 아니지만 상당히 효율적인데다 땡볕과 같은 가혹 조건에서 스스로 광합성을 억제하는 기능을 나타냈다"고 부연 설명했다.

연구팀은 이 연구를 위해 8년 간 엽록소 에너지 전달률을 수치화했다.

연구팀은 자연 상태 식물과 다양한 가상 식물 시나리오를 비교 분석, 자연계에 존재하는 식물이 가장 효과적이면서도 안전한 형태의 엽록소를 구성하고 있음을 밝혔다.

김 교수는 "엽록소가 왜 2개 존재하는지를 이해할 수 있는 방법론을 처음 제시한 것"이라며 "녹색 식물 등이 진화적인 선호로 인해 현재와 같이 발달한 것으로 볼 수 있다"고 덧붙였다.

니혼대 김은철 교수는 “지금까지 시도된 적 없는 융합적 접근을 통해 광합성 시스템의 비밀을 밝혀낸 성과"라고 말했다.

김은철 교수는 또 "현재 한국에서는 ‘인공’ 광합성에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있지만, ‘자연’의 광합성에 대한 기초연구는 아직 미비한 상황"이라며 "이 연구와 앞으로 이어질 국제공동연구가 한국 광합성 연구 기반을 강화하고, 학문적 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 전했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스드 온라인판(5월9일자)에 게재됐다. 연구는 과학기술정보통부신부와 한국연구재단 지원(우수신진연구자 지원사업)을 받았다.