KAIST(총장 이광형)는 화학과 백윤정 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 권성연 박사와 공동 연구를 통해 코엔자임 Q10의 핵심 구조인 ‘퀴논’을 활용한 분자 촉매 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.

이번 연구는 체내 에너지 생성 과정에서 작동하는 분자 메커니즘을 모방해, 반복적으로 작동 가능한 촉매로 구현한 것이 특징이다.

퀴논은 미토콘드리아에서 전자와 수소를 동시에 전달하며 에너지 생성에 관여하는 핵심 분자다. 그러나 인공 화학 반응에서는 반응 중 생성되는 세미퀴논 중간체가 불안정해 쉽게 분해되거나 일회성 반응에 그치는 한계가 있었다.

연구팀은 퀴논에 금속 ‘티타늄(Ti)’을 결합하는 분자 설계 전략을 도입해 이 문제를 해결했다. 금속과의 상호작용을 통해 세미퀴논 중간체를 안정화하고, 전자와 수소가 동시에 이동하는 반응을 반복적으로 수행할 수 있는 촉매 시스템을 구현했다.

이번 성과는 생체 에너지 전달 분자의 반응성을 금속 화학적으로 제어해 촉매로 활용한 사례로, 불안정 중간체의 안정화가 촉매 설계의 핵심 요소가 될 수 있음을 제시했다.

백윤정 교수는 “자연계 분자의 기능을 인공 시스템으로 확장한 연구”라며 “에너지·환경 촉매와 생체 모사 화학 분야에 활용 가능성이 있다”고 밝혔다.

연구 결과는 Journal of the American Chemical Society에 2월 20일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐다.