초록 ▼

연구의 목적 및 내용
생명 현상의 이해 및 생체 반응을 모방하는 인공 생체 시스템의 개발 그리고 이를 이용한 촉매 및 신약 개발은 21세기 과학 발전을 이끄는 중요한 분야로 각광을 받고 있다. 이러한 맥락에서 생명을 유지하는데 중요한 역할을 하는 금속 이온-함유 효소에 대한 연구는 효소의 화학 반응을 이해하고 선택성 및 효율성이 뛰어난 효소 반응 시스템을 산업계와 의약품 개발에 응용하고자 전세계의 우수한 연구진에 의하여 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 산소를 활성화하여 유기물의 산화반응에서 촉매 작용을 하는 산소화 효소의

연구의 목적 및 내용
생명 현상의 이해 및 생체 반응을 모방하는 인공 생체 시스템의 개발 그리고 이를 이용한 촉매 및 신약 개발은 21세기 과학 발전을 이끄는 중요한 분야로 각광을 받고 있다. 이러한 맥락에서 생명을 유지하는데 중요한 역할을 하는 금속 이온-함유 효소에 대한 연구는 효소의 화학 반응을 이해하고 선택성 및 효율성이 뛰어난 효소 반응 시스템을 산업계와 의약품 개발에 응용하고자 전세계의 우수한 연구진에 의하여 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 산소를 활성화하여 유기물의 산화반응에서 촉매 작용을 하는 산소화 효소의 화학 반응을 기초 학문 차원에서 명백히 규명하고, 효소 모방체를 사용하여 인공 효소 촉매 시스템과 새로운 개념의 신약을 개발하고자 한다.
연구결과
위와 같은 목적 하에 수행한 연구로부터 얻은 연구결과는 다음과 같다. (1) 새로운 비-포르피린 리간드가 배위된 비-포르피린 철 착물을 합성하였다. 이를 사용하여 Fe(IV)=O 착물을 합성하고 물리적 성질에 대하여 고찰하였다. 물리적 성질은 EXAFS로부터 Fe-O 결합 길이를 측정할 것이며, 철 산화 상태는 Mossbauer와 EPR로부터 결정하였으며 electrospray mass spec을 사용하여 분자량을 구하였다. 또한 저온에서 단결정 구조를 규명하였다. (2) Fe(IV)=O 착물의 반응성을 조사하기 위하여 유기물질의 산화반응 및 동위원소 물 실험을 수행하였다. 특히, 동위원소 물 실험으로부터 산소원자가 치환되는 반응 메커니즘을 규명하였다. (3) 포르피린과 비-포르피린 리간드가 배위된 Fe(IV)=O 종의 반응성을 비교 분석하였다. (4) Fe(IV)=O 종의 생성 메커니즘을 고찰하기 위하여 여러 종류의 산소주게(PhIO, peracids, H2O2, ROOH)를 사용하였으며, 비-포르피린시스템에서 산소 분자의 산소-산소 결합이 균일 분리 또는 불균일 분리가 일어나는지에 대하여 연구하였다. (5) 산소원자를 전달하는 가능한 중간체로 포르피린 계에서 추정되는 Fe-OOR 종이비-포르피린 계에서도 존재하는 함을 확인할 수 있었다. 중간체의 구조가 고산화가 철-옥소 종인지 아니면 고산화가 철-옥소 종의 전구체인 Fe-OOR인지를 다양한 분광학적 방법과 반응성의 연구로부터 규명하였다. (6) 또한 여러 가지 다른 금속 중간체에 대한 반응성 및 반응 메커니즘에 대한 연구도 병행하였으며, (7) 새로이 각광 받고 있는 생체모방 시스템의 한 분류인 Sensing에 대한 연구도 수행하여 그 결과를 발표하였다.
연구결과의 활용계획
산소화 효소의 반응성, 반응 메카니즘 그리고 중간체 구조 등 효소의 화학반응을 이해할 경우 이를 바탕으로 새로운 생체모방 효소 시스템을 개발하는데 많은 도움을 주리라 예상한다. 또한 이와 같은 정보는 환경오염 물질의 산화적 제거 반응, 환경친화성 "Green-House" 촉매 시스템의 개발, 입체 특이성 유기물질의 산화반응의 연구에 응용될 수 있을 것이다. 따라서 본 연구의 결과는 산업계와 의.약학계에서 실용적으로 사용될 수 있는 생체모방 산화반응 시스템을 개발하는데 많은 정보를 주리라 사료된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The object of this research is to develope "reaction analogues" to biological reactions of oxygenase enzymes. In the case of heme iron systems, the nature of reactive intermediates and the mechanisms of O2 activation will be elucidated. In the case of nonheme iron systems, the re

Purpose&contents
The object of this research is to develope "reaction analogues" to biological reactions of oxygenase enzymes. In the case of heme iron systems, the nature of reactive intermediates and the mechanisms of O2 activation will be elucidated. In the case of nonheme iron systems, the reactivity and mechanistic aspects of newly discovered Fe(IV)=O species and the generation of Fe(V)=O species will be investigated.
Result
We have been studying the mechanism of dioxygen activation and the nature of reactive intermediates with biomimetic model compounds in heme and nonheme iron enzymes and the development of new catalytic oxygenation reactions with biomimetic models that resemble the metal-binding regions at the active sites of oxygenase enzymes. Recently, we have been working on both heme and nonheme enzymes and comparing the reactivity similarities and differences between the two enzymes. In addition, the chemistry of nonheme iron(IV)-oxo intermediates has been intensively investigated with the intention of understanding the chemical reactivities of the oxygenase enzymes. Nano-particles have emerged as an important biocatalyst in the industrial and laboratory syntheses of chemical and pharmaceutical intermediates. Since metalloporphyrins have been widely used in a variety of oxidation reactions, bio-nano catalysts will be synthesized and used as heterogeneous catalysts in oxidation reactions. This research proposal will provide information useful in assessing possible mechanisms of dioxygen activation occurring in biological systems and in designing catalysts that may be useful in industrial application.
Expected Contribution
Oxygenase enzymes play important roles in life processes. If we understand the roles of the enzymes and reasons why the enzymes use certain metal ions and ligands to perform a wide variety of specific functions, these informations will lead us to duplicate enzymatic functions in laboratory. Such results will open a new era in science and technology. Therefore, the results obtained in studying biomimetic systems will not only unveil the chemistry of oxygenase enzymes but also create new technologies applicable to industrial processes.

목차 Contents

• 리더연구자지원사업(창의적연구) 최종보고서(제출용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 24
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 27
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 27
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 28
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 33
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 95
• 11. 기타사항 ... 96