모르핀

양귀비과 양귀비(Papaver somniferum) 식물이 만드는 알칼로이드(alkaloid) 계열의 물질이다. 병원균 등에 의해 세포벽이 손상되면 모르핀은 비스모르핀으로 바뀌고 이것이 병원균의 침입을 막는다.

모르핀(morphine) (출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Morphine-2D-skeletal.png )

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아미노산인 티로신(tyrosine)에서 시작되어 다양한 단계를 거쳐 합성된다.¹⁾ 모르핀 합성 과정 경로에서 테바인(thebaine), 코데인(codeine) 같은 마약성 진통제도 합성된다. 메틸화 효소(O-methyl transferase), 탈메틸화 효소(O-demethylase) 등이 합성에 관여하고 있다.

양귀비를 통해서 얻는 모르핀을 대사공학을 통해서 대장균이나 효모에서 생산하려는 연구가 진행되고 있다. 2015년 설탕에서 시작해서 모르핀의 전구체인 하이드로코돈(hydrocodone)까지 전합성 과정을 효모에서 성공한 논문이 보고 되었다.²⁾ 서로 다른 생태형의 양귀비 유전자와 포유동물인 쥐 유전자, 박테리아의 유전자까지 총 23개의 유전자를 효모에서 발현시킴으로써 하이드로코돈 합성에 성공하였다. 하지만 아직까지 이러한 대사공학에 의한 생산 과정은 그 효율 및 경제성이 떨어져서 양귀비를 대체하기 위해서는 더 많은 연구가 필요한 상황이다.

식물은 모르핀을 자신의 방어에 사용하기 위해서 만들어 낸다. 식물 세포벽이 외부 자극에 의해서 손상이 되면 모르핀은 비스모르핀으로 바뀌게 되고 이것이 세포벽에 농축되면서 병원균의 침입을 막는다.³⁾ 식물에서 추출된 모르핀을 사람에게 투여하면 다양한 중증 통증 완화 효과를 보인다. 하지만 장기간 사용을 하게 되면 구토 등 여러 부작용과 약물 의존도가 높아져서 사용에 주의하여야 한다.

1. Hagel JM, Facchini PJ (2010) Dioxygenases catalyze the O-demethylation steps of morphine biosynthesis in opium poppy, Nature Chemical Biology, 6: 273-275
2. Stephanie Galanie, Kate Thodey, Isis J. Trenchard 등 (2015) Complete biosynthesis of opioids in yeast, Science, 349: 1095–1100
3. Morimoto S, Suemori K, Moriwaki J 등 (2001) Morphine metabolism in the opium poppy and its possible physiological function, Journal of Biological Chemistry, 276: 38179-38184