초록 ▼

연구목표_국문
다양한 분자시스템에서 일어나는 화학반응의 분자수준 이해를 위해서 기존기술의 한계 및 제한점을 극복한 펨토초 적외선 분광법, 펨토초 엑스선 분광법, 코로나 방전분광법과 같은 첨단의 다각화된 실험 기법 및 개선된 힘장과 모사방법을 통한 분자동력학 모사실험과 양자 계산을 사용하여 기존연구에서 관찰이 불가능하였거나 이해가 매우 미미했던 3차원 분자 구조 동역학 연구를 추구한다.

연구개발내용
반응중이거나 기능중인 분자의 구조 동력학을 연구하기 위해 첨단의 분광기법과 분자동력학 모사실험 및 양자계산을 포함

연구목표_국문
다양한 분자시스템에서 일어나는 화학반응의 분자수준 이해를 위해서 기존기술의 한계 및 제한점을 극복한 펨토초 적외선 분광법, 펨토초 엑스선 분광법, 코로나 방전분광법과 같은 첨단의 다각화된 실험 기법 및 개선된 힘장과 모사방법을 통한 분자동력학 모사실험과 양자 계산을 사용하여 기존연구에서 관찰이 불가능하였거나 이해가 매우 미미했던 3차원 분자 구조 동역학 연구를 추구한다.

연구개발내용
반응중이거나 기능중인 분자의 구조 동력학을 연구하기 위해 첨단의 분광기법과 분자동력학 모사실험 및 양자계산을 포함한 이론연구를 상호보완적으로 활용하여 다음과 같은 일련의 연구를 수행한다. 다양한 분자 시스템의 실시간 전자 구조 및 분자 구조에 대한 연구는 화학 반응의 분자 수준의 이해라는 측면에서 매우 절실하며 이러한 새로운 실험 방법들은 실시간 반응 동력학 분야에 의미 있는 기여를 할 것으로 생각된다.
(1) 펨토초 시간분해능 적외선 분광법을 이용한 실시간 분자 구조 동역학 연구: 고감도 펨토초 적외선 분광기를 활용하여 비선형 적외선 분광법, 이차원 적외선 분광법 등을 개발하여 단백질 동력학을 실시간으로 용액상에서 연구한다. 구체적으로 여러 가지 헴 단백질에서 광분해된 다양한 리간드의 재결합 동력학과 요동 동력학을 연구하며 이러한 기작을 실현하는 단백질의 분자 구조 동역학과 기능의 상관관계를 이해하고자 한다.
(2) 펨토초 엑스선 분광법을 이용한 화학 반응의 3차원 구조 동력학: 펨토초 슬라이싱 엑스선을 사용한 펨토초 엑스선 분광 기술을 확립하고 이를 이용해 지금까지 관찰이 불가능하였던 결합 형성이나 해리 및 용매-용질 케이지 구조 변화를 관찰하고자 한다. 궁극적으로는 단백질과 같은 거대 생체 분자에 적용하여 적외선 분광법 및 분자동역학 모사실험의 결과와 비교 분석하여 그 결과를 고찰한다.
(3) 고립된 상태의 과도 화학종에 대한 전자전이 구조 연구: 코로나 방전-초음속 팽창 기술을 이용하여 새로운 라디칼을 검출하고 다양한 분자 시스템에 대해서 화학 반응의 구조 동력학을 연구한다.
(4) 이론적인 단백질 기능동력학 및 화학반응 구조 동역학 연구: 자체 개발한 힘장을 이용한 분자동력학 시뮬레이션으로 단백질 구조 동역학을 연구하고 실험적으로 얻은 결론과 비교하여 힘장을 개선하여 궁극적으로 단백질의 구조 동역학을 완성한다.
(5) 생체모방시스템에 대한 양자계산연구: 생체모방시스템의 작동기작을 QM/MM 계산으로 규명하고 실험결과와 비교연구하며 이의 구조동역학 연구 기반을 확립한다.

연구개발 성과
분자구조동역학에 대한 기초적인 이해에 대한 기여로 세계 우수 저널에 투고하고 세계적인 연구그룹으로 성장

활용 계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함)
(1) 화학반응의 분자수준 이해를 통한 반응 동력학의 새로운 방향 제시, 후속과제 도출
(2) 생체구조/응축상 실시간 구조분석을 활용한 나노바이오 분야의 중요분석기술 발전
(3) 실험 기초연구에 사용된 다양한 첨단 장비사용기술, 분자동력학 모사실험 및 양자계산을 수행할 수 있는 미래형 고급인재 육성
(4) 분자구조동역학 연구를 체계적으로 수행할 수 있는 중심 기초연구실 및 협동연구시스템 구축

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose
Understanding structural dynamics of reacting/functioning molecules at the molecular level of detail by various state-of-the-art spectroscopic methods such as fs IR spectroscopy, fs spectroscopy, and corona discharge spectroscopy as well as MD simulation with improved force-field and QM/M

Purpose
Understanding structural dynamics of reacting/functioning molecules at the molecular level of detail by various state-of-the-art spectroscopic methods such as fs IR spectroscopy, fs spectroscopy, and corona discharge spectroscopy as well as MD simulation with improved force-field and QM/MM calculation.

contents
To understand structural dynamics of reacting or functioning molecules, the following series of experiments will be carried out utilizing cutting-edge spectroscopic methods and necessary supporting theoretical calculations including MD simulation. Real-time research on electronic and molecular structures of various reacting molecular systems is essential to understanding chemical reaction at the molecular level of detail, and it would contribute to the research on real-time reaction dynamics.
(1) Real-time molecular structural dynamics by fs IR spectroscopy: protein dynamics in physiological conditions will be probed by highly sensitive fs IR spectroscopy. Rebinding dynamics of various ligands to heme proteins after photolysis of ligated proteins as well as fluctuation dynamics in the active site of functioning protein will be monitored to understand the relationships of protein structure, function, and dynamics.
(2) The 3D structural dynamics of reacting molecules by fs x-ray spectroscopy: a novel fs x-ray spectroscopy using sliced fs x-ray pulse will be established and used to observe bond formation and breaking as well as structural change in solute-solvent cage. Structural dynamics of protein will also be probed and compared with that probed by fs IR spectroscopy to reach better conclusion on structural dynamics.
(3) Electronic structure of intermediate species: Producing and investigating various intermediate chemical species including radicals and probe structural dynamics involved in various chemical reactions.
(4) Structural dynamics of functionally important protein motif and reacting molecules using theoretical methods: Protein dynamics and various species involved in chemical reactions will be simulated using novel home-made force field, thereby complementing and supporting experimental x-ray results.
(5) QM calculation on biomimetic system: establishing basis of structural dynamics research by QM/MM calculation of the functional mechanism of biomimetic system.

Developement
results Publishing high quality research on molecular structural dynamics and establish world-leading research group.

Expected Contribution
Introducing new research area and branching new field in molecular dynamics research via understanding chemical reactions at the molecular level of detail. Developing new analytical techniques in nano-bio research field by utilizing the ability of structural analysis of biomolecules and real-time structural analysis of reacting molecules in the condensed phase. Supplying academics and industry with well-trained experts capable of using novel spectroscopic methods and understanding MD simulation. Establishing a basic research center and a collaborative basis for study of molecular structural dynamics

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 목표 및 내용 ... 7
• 가. 최종 목표 ... 7
• 나. 단계목표(당초 목표 및 수정․보완 목표) ... 7
• 다. 당초 목표의 수정․보완(중요 연구변경) 사유 ... 8
• 라. 1단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 8
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 10
• 3. 주요 연구개발 결과 ... 17
• 가. 목표달성도 ... 17
• 나. 대표적 연구업적 ... 36
• 다. 기타 연구성과 ... 37
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 37
• 5. 연구개발성과 현황 ... 38
• 6. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설․장비 현황 ... 59
• 7. 기타사항 ... 59
• 끝페이지 ... 60