기초연구: 다차원 핵자기 공명 분광학과 유사성이 있는 다차원 전자 또는 진동 분광학은 분자 구조의 변화에 대한 피코 또는 펨토초 실시간 정보를 제공할 수 있다는 측면에서 새로운 연구방법으로 널리 주목받고 있다. 또한 광학 이성질성을 연구할 수 있는 시분해 원편광 이색성 측정 분광학은 단백질의 구조를 실시간에서 관찰할 수 있다는 장점을 지닌다. 따라서 본 연구는 크게 다음 세 가지로 규정할 수 있다. (1) 키랄성 생체 분자에 대한 다차원 분광학, 시분해 (time-resolved) 원편광 이색성 (circular dichroism) 및 광학 회전분산 (optical rotatory dispersion) 실험 (2) 실험적으로 측정한 다차원 분광학 스펙트럼을 정량적으로 분석 해석하기 위한 이론 및 계산 방법을 개발하고 키랄성 (광학 이성질성) 분자들의 구조와 스펙트럼간의 상관관계 규명 (3) 상기 실험 및 이론적 연구를 위한 적외선 탐침 분자의 개발과 함께 인공 단백질 및 생체 분자에 대한 분광학적 연구. 특히 이번 연구는 분광학적 실험, 계산화학 및 이론, 그리고 인공 단백질을 포함하는 모형단백질 물질의 개발이라는 세 가지 분야를 접목하는 통합적 연구이다. 응용연구: (1) 키랄성 생체 분자에 대한 이차원 분광학적 실험을 통해 응축상의 분자 구조를 규명하고 더 나아가 구조 및 성질의 변화 즉 동력학적 측면을 실시간 관찰하고자 한다. 구체적인 응용으로 단백질 접힘-풀림 현상, 단백질-핵산 결합에 대한 동력학적 연구를 고려하고 있다. (2) 광학 이성질성 분자의 구조 규명 및 구조적 전이 과정을 측정할 수 있는 극초단 시분해능 장비를 개발하고 생체 분자의 동력학 연구에 활용하고자 한다. 이 장비 및 측정법을 이용하여 생체 분자 또는 의약 화합물의 키랄 구조를 결정할 수 있고, 키랄성 화합물 구조의 시간에 따른 변화를 관찰하는 것이 가능할 것이다. 이 방법이 체계적으로 정립된 후에는 단백질-의약 또는 DNA(RNA)-의약의 결합 및 동력학에 대한 연구를 추진하고자 한다. 마지막으로 (3) 새로운 적외선 탐침이 포함된 인공 단백질 또는 생체 분자를 개발하여 생체 분자의 특정 영역 주변에서의 국소적 전기장을 선택적으로 측정하는 것이 가능할 것이다. 이 방법을 이용하여 효소 및 생체 단백질의 활성 자리 주변에서 발생하는 국소적 전기장을 측정함으로써 단백질의 기능 및 메카니즘 연구가 가능할 것이다.

-기초연구: 다차원 핵자기 공명 분광학과 유사성이 있는 다차원 전자 또는 진동 분광학은 분자 구조의 변화에 대한 피코 또는 펨토초 실시간 정보를 제공할 수 있다는 측면에서 새로운 연구방법으로 널리 주목받고 있다. 또한 광학 이성질성을 연구할 수 있는 시분해 원편광 이색성 측정 분광학은 단백질의 키랄 구조 변화를 실시간 관찰할 수 있다는 장점을 지닌다. 이런 분광학적 연구를 위한 적외선 감지체, 광조절체를 단백질의 특정 위치에 도입하는 합성기술을 개발하고, 적절한 인공단백질을 대상으로 시분해 분광 연구를 수행한다. 이어서 양자화학 및 분자동력학 계산 연구를 병행하여 실험적 연구결과의 분석에 적용할 예정이다. 따라서 본 연구는 다음 세 가지로 구분할 수 있다. (1) 키랄성 생분자에 대한 시분해 다차원 및 키랄 분광학 연구(2) 적외선 감지체를 도입한 인공 아미노산 및 펩타이드 합성법 개발 (3) 적외선 감지체가 도입된 생분자 동력학 시뮬레이션 연구. 즉 분광학적 실험, 유기화학적 합성, 계산화학 및 동력학 이론이 밀접하게 융합된 생분자 키랄 분광 연구이다. -응용연구: (1) 키랄성 생분자에 대한 이차원 분광학적 실험을 통해 응축상의 분자 구조를 규명하고 더 나아가 구조 및 성질의 변화 즉 동력학적 측면을 실시간으로 관찰하고자 한다. 구체적인 응용으로 단백질 접힘-풀림 현상, 효소반응 메카니즘 연구, 단백질-핵산 결합에 대한 동력학적 연구를 추진하고자 한다. (2) 광학 이성질성 분자의 구조 규명 및 전이 과정을 측정할 수 있는 극초단 시분해능 장비를 개발하고 생분자의 동력학 연구에 활용하고자 한다. 이 장비 및 측정법을 이용하여 생체 분자 또는 의약 화합물의 키랄 구조를 결정할 수 있고, 또한 키랄성 화합물 구조의 시간에 따른 변화를 관찰하는 것이 가능할 것이다. 이 방법이 체계적으로 정립된 후에는 단백질-의약 또는 DNA(RNA)-의약의 결합 및 동력학에 대한 연구를 추진하고자 한다. (3) 새로운 적외선 탐침이 포함된 인공 단백질 또는 생분자를 개발하여 탐침 주변의 국소적 전기장을 선택적으로 측정하는 것이 가능할 것이다.

본 과제는 단백질이나 핵산처럼 생명체를 구성하는 분자의 구조 변화를 매우 짧은 시간 안에 관찰하기 위한 분광학 기술을 개발하는 연구임. 이를 통해 분자가 어떻게 움직이고 형태가 바뀌는지 더 정확하게 이해하기 위한 기반을 마련하는 것임. 연구 목표는 시분해 다차원 및 키랄 분광학을 활용해 생분자의 구조 변화를 규명하는 체계를 구축하는 데 있음. 핵심 연구 내용은 적외선 감지체를 포함한 인공 아미노산과 펩타이드 합성, 이차원 진동 분광 기반 동력학 분석, 극초단 분광학 장비 개발 및 생체분자 구조 연구임. 기대 효과는 단백질 접힘, 효소반응 등 생명현상 이해도 향상과 함께 새로운 분광 분석기기 및 감지체 개발을 통한 산업적 응용 가능성 증대임

?기초연구: 다차원 핵자기 공명 분광학과 유사성이 있는 다차원 전자 또는 진동 분광학은 분자 구조의 변화에 대한 피코 또는 펨토초 실시간 정보를 제공할 수 있다는 측면에서 새로운 연구방법으로 널리 주목받고 있다. 또한 광학 이성질성을 연구할 수 있는 시분해 원편광 이색성 측정 분광학은 단백질의 키랄 구조 변화를 실시간 관찰할 수 있다는 장점을 지닌다. 이런 분광학적 연구를 위한 적외선 감지체, 광조절체를 단백질의 특정 위치에 도입하는 합성기술을 개발하고, 적절한 인공단백질을 대상으로 시분해 분광 연구를 수행한다. 이어서 양자화학 및 분자동력학 계산 연구를 병행하여 실험적 연구결과의 분석에 적용할 예정이다. 따라서 본 연구는 다음 세 가지로 구분할 수 있다. (1) 키랄성 생분자에 대한 시분해 다차원 및 키랄 분광학 연구(2) 적외선 감지체를 도입한 인공 아미노산 및 펩타이드 합성법 개발 (3) 적외선 감지체가 도입된 생분자 동력학 시뮬레이션 연구. 즉 분광학적 실험, 유기화학적 합성, 계산화학 및 동력학 이론이 밀접하게 융합된 생분자 키랄 분광 연구이다. ?응용연구: (1) 키랄성 생분자에 대한 이차원 분광학적 실험을 통해 응축상의 분자 구조를 규명하고 더 나아가 구조 및 성질의 변화 즉 동력학적 측면을 실시간으로 관찰하고자 한다. 구체적인 응용으로 단백질 접힘-풀림 현상, 효소반응 메카니즘 연구, 단백질-핵산 결합에 대한 동력학적 연구를 추진하고자 한다. (2) 광학 이성질성 분자의 구조 규명 및 전이 과정을 측정할 수 있는 극초단 시분해능 장비를 개발하고 생분자의 동력학 연구에 활용하고자 한다. 이 장비 및 측정법을 이용하여 생체 분자 또는 의약 화합물의 키랄 구조를 결정할 수 있고, 또한 키랄성 화합물 구조의 시간에 따른 변화를 관찰하는 것이 가능할 것이다. 이 방법이 체계적으로 정립된 후에는 단백질-의약 또는 DNA(RNA)-의약의 결합 및 동력학에 대한 연구를 추진하고자 한다. (3) 새로운 적외선 탐침이 포함된 인공 단백질 또는 생분자를 개발하여 탐침 주변의 국소적 전기장을 선택적으로 측정하는 것이 가능할 것이다.