초록 ▼

생체분자의 구조 및 거동에 대한 심도있는 연구 수행을 가능케 하기 위해 본 연구기간 동안 다음과 같은 세 가지 구체적 목표 성취를 위하여 연구를 진행하였다.

(1) 수용액에서의 물 분자 구조 및 수소 결합에 대한 동력학적 이해 증진: 물 분자의 구조 및 수용액 상에서의 용질들의 구조의 규명, 그리고 물-용질 간의 상호작용에 따른 구조적, 정전기적 변화들의 관찰 결과에 대한 분자수준의 해석을 수행하였다. 이를 위해 실험적으로는 다양한 진동 분광법(시분해 적외선 분광법, 펌프-프로브 분광법, 다차원 적외선 분광법 등)을 이

생체분자의 구조 및 거동에 대한 심도있는 연구 수행을 가능케 하기 위해 본 연구기간 동안 다음과 같은 세 가지 구체적 목표 성취를 위하여 연구를 진행하였다.

(1) 수용액에서의 물 분자 구조 및 수소 결합에 대한 동력학적 이해 증진: 물 분자의 구조 및 수용액 상에서의 용질들의 구조의 규명, 그리고 물-용질 간의 상호작용에 따른 구조적, 정전기적 변화들의 관찰 결과에 대한 분자수준의 해석을 수행하였다. 이를 위해 실험적으로는 다양한 진동 분광법(시분해 적외선 분광법, 펌프-프로브 분광법, 다차원 적외선 분광법 등)을 이용하였고, 얻어진 분광 데이터들의 심도 있는 해석을 위해 용매 성질 및 조성에 따른 진동 스펙트럼의 변화에 대한 이론적인 기반을 확립하고, 그리고 각 진동 분광법 데이터 해석을 위한 계산적 모델 수립하였다.
(2) 적외선 분광법 기반 생분자 동력학 분석을 위한 감지체 개발: 단백질 거동 의 규명을 위한 적외선 분광법의 유용성을 극대화하기 위해 높은 시그널 및 물분자 진동 대비 선택성을 지닌 적외선 감지체 작용기가 포함된 아미노산 유도체들을 다수 개발하였다. 각 적외선 감지체 아미노산들의 화학적, 분광학적 성질들을 포괄적으로 분석하였고 이 결과들을 통해 단백질 거동 규명을 위한 이들의 유용성을 확인하였다.
(3) 키랄 분자 분석 및 동력학 연구를 위한 키랄 분광법 개발: 생체분자 구조의 기본이 되는 화학적 성질인 키랄성을 효과적으로 분석할 수 있는 기술 개발을 위해 다양한 키랄성광학(chiroptical) 분광법들의 특징과 이론적 한계점들을 분석하였다. 또한, 키랄성광학 전자기장의 약한 크기를 극복하기 위한 새로운 방법 및 소재에 대한 분석 연구도 수행하여 negative-index metamaterial의 가능성을 확인하였다.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Purpose& contents
ㆍCoherent optical activity spectroscopy of biomolecules such as proteins, nucleic acids, and artificial polypeptides
ㆍUltrafast spectroscopic investigations of chiral molecules and biomolecules
ㆍTwo-dimensional infrared spectroscopic investigations of chemical reaction dyn

Purpose& contents
ㆍCoherent optical activity spectroscopy of biomolecules such as proteins, nucleic acids, and artificial polypeptides
ㆍUltrafast spectroscopic investigations of chiral molecules and biomolecules
ㆍTwo-dimensional infrared spectroscopic investigations of chemical reaction dynamics
ㆍDevelopments of novel biomolecules containing IR probes, photo-switches, orphoto-triggers

Result
In order to provide theoretical and technical foundations for in-depth structural and molecular dynamic analyses of biomolecules, the following three specific aims were pursued.
(1) Enhanced understanding on the molecular dynamics of the structures and H-bonding interactions of water in solution: Studies for elucidation of the structures of water molecule as well as of the solutes in solution and molecular-level interpretation of the observed results as for structural and electrostatic changes upon the water-solute interactions were conducted. Experimentally, various vibrational spectroscopic methods were employed. For accurate interpretation of the spectral data, theoretical studies on the effects of solvent properties and composition on the vibrational spectra were pursued, while novel computational model based thereof were established.
(2) Development of novel probes for vibrational spectroscopic analysis of biomolecules: With the aim to maximize the usefulness of vibrational spectroscopy for structural analysis of biomolecules, a number of novel IR probes that have strong signals and distinctive spectral features were developed. Through comprehensive analyses of their chemical and spectroscopic properties, their values for biomolecule analysis were confirmed.
(3) Investigation of the chiroptical spectroscopy for structural and molecular dynamic analysis of chiral molecules: As the foundational step, various techniques and proposals for improving the currently available chirotical spectroscopic methods, which are basis for analysis of chiral molecuels including most biomolecules, were comprehensively reviewed. Based on these analyses, new ways to enhance the chiroptical electric field were proposed and, in addition, the potential use of negative-index metamaterials for that purpose was interrogated.

Expected Contribution
The results presented herein will continue to be improved to be utilized for deepening our understandings on the structures and dynamics of biomolecules. Specifically, newly developed and established spectroscopic techniques, computational models for spectral interpretation, and theoretical foundations will be fully exploited for investigation of the actual biological systems beyond mere model studies. Particularly, as the site-specific incorporation of IR-probe amino acid analogues into a protein of interest recently became feasible, they are immediately available for studying protein folding dynamics. In addition, their applicability is expected to be further extended such as to various new bioimaging techniques based on near-IR or Raman, which may lead to their commercialization.

(출처 : SUMMARY 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 목차 ... 4
• 기초연구실지원사업 최종보고서 ... 5
• 연구계획 요약문 ... 6
• 연구결과 요약문 ... 7
• 한글요약문 ... 7
• SUMMARY ... 8
• 연구내용 및 결과 ... 9
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
• 5. 대표적 연구실적 ... 59
• 6. 연구결과의 활용계획 ... 60
• 7. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 61
• 8. 참고문헌 ... 61
• 9. 연구성과 ... 62
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 72
• 11. 기타사항 ... 73
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 74
• 별첨2 기초연구실 참여 인력 현황 ... 79
• 끝페이지 ... 80