POLYMERS Vol.62　No.9 September 2013

POLYMERS　Vol.62　No.9

특집
고분자 폴딩의 실현을 위하여

전망

인공 나선 고분자의 설계와 기능 발현: 최신 연구결과

오우사카 나오키, 야시마 에지

<Abstract> 나선 고분자는 그 구조 자체가 키랄이기 때문에, 다양한 고분자의 주쇄 골격을 나선 구조로 만들 경우 나선 구조 특유의 키랄리티와 관련된 특성의 발현 및 키랄 재료로서의 응용이 기대된다. 본 원고에서는 나선 구조의 구축과 관련된 연구의 현황과 응용 및 전망을 소개한다.
Keywords: Helical Structure / Chirality / Double Helix / Asymmetric Catalyst / Molecular Spring

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단백질의 폴딩: 이상과 현실

다구치 히데키

<Abstract> 생명 활동을 지탱하는 생체 고분자인 단백질은 20종류의 아미노산으로 이루어진 폴리펩타이드 사슬이 특정한 입체구조를 형성(폴딩)함으로써 기능을 발현한다. 본 원고에서는 폴딩 및 세포 내에서 단백질의 폴딩을 돕는 샤페론에 대한 최근의 토픽을 소개한다.
Keywords: Protein Folding / Chaperones / Chaperonin / GroEL / Aggregation / Cell-Free Translation

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인공 분자 샤페로닌 시스템

사사키 요시히로, 아키요시 가즈나리

<Abstract> 단백질의 고효율 생산 및 안정화 기술, 장시간 동안 방출 가능한 약물 전달 시스템 (DDS)의 개발은 단백질 공학 및 재생 의료 등의 미래 의료 실현을 위한 중요한 과제이다. 본 원고에서는 천연의 분자 샤페론을 중심으로 단백질의 폴딩을 돕는 샤페론 기능 공학의 개발과 바이오 의료 응용 전개를 위한 본 연구진의 연구결과를 소개한다.
Keywords: Polysaccharide Nanogel / Artificial Molecular Chaperone / Membrane Protein / Cell-Free Protein Synthesis

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토픽

아탁틱 고분자 사슬의 제어된 집적: 고분자 폴딩의 새로운 전략

Jean-Francçis Lutz

<Abstract> 일반적으로 아탁틱 합성 고분자 사슬은 고체 상태와 용액 상태에서 무정형의 재료이다. 그러나 이와 같은 아탁틱 고분자의 측쇄에 결합성의 분자구조(예를 들어, 결정성을 갖는 측쇄, 자기조립성의 초분자 구조, 공유 결합성 가교 구조를 만들 수 있는 반응성 작용기)를 도입하면, 아탁틱 고분자도 용액 상태에서 더욱 정돈된 구조를 갖는 재료가 될 수 있다. 특히, 단일 사슬로 이루어진 구형의 구조체를 용액 상태에서 형성할 수 있다. 이러한 '집적' 방식은 천연 단백질 또는 합성 폴다머의 폴딩을 제어하는 방식과는 다른 원리를 따른다. 그럼에도 불구하고, 이러한 새로운 전략은 단일 사슬로 이루어진 재료의 설계를 위한 흥미로운 가능성을 제공한다. 본 원고에서는 이와 관련된 연구내용을 소개한다.
Keywords: Polymer Folding / Precision Polymers / Sequence-Controlled Polymers / Single-Chain Technology / Single-Chain Particles

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합성 나선 분자의 열적 히스테리시스 응답: 분자 수준의 기억효과

시게노 마사노리, 야마구치 마사히코

<Abstract> 열 이력 현상은 가열 및 냉각시 서로 다른 반응이 발생하는 현상이다. 벌크 재료는 분자 간의 강력하고 다양한 협력적인 상호 작용을 통해서 열 이력 현상을 나타낼 수 있다. 그러나 비극성 유기 용매에서 분자 수준의 열 이력 현상은 지금까지 알려지지 않았다. 본 연구진은 1,3-디플루오로벤젠에서 가열할 경우 랜덤 코일이 되는 키랄 설폰아미드 헬리센 사량체가 온도가 낮아지면서 나선 이량체를 형성하는 것을 확인하였다. 이러한 구조적 변화 과정에서 가열 및 냉각시의 같은 온도에서 다른 구조를 갖는 나선 이량체와 랜덤 코일이 형성되는 열 이력 현상이 관찰되었다. 이와 같은 현상은 동일한 온도에서 나선 이량체와 랜덤 코일의 비율이 다르며, 유도 시간이 존재한다는 점에서 설명되었다. 열 이력 현상은 "메모리 효과"와 관련되어 있다. 즉, 분자가 이전에 가열 또는 냉각되었는지, 분자 자신의 과거를 기억할 수 있다. 이를 통해서 "메모리 효과"도 설명할 수 있다.
Keywords: Molecular Thermal Hysteresis / Memory Effect / Induction Period / Helicenes / Helix Dimer / Sulfonamides

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SNA: 배열설계에서 나선 구조가 제어가능한 핵산 유사체

아사누마 히로유키, 무라야마 게지, 가시다 히로무

<Abstract> 본 연구진은 아미드 결합으로 천연 핵산 염기를 연결한 serinol을 이용하여 독특한 핵산 유사체인, SNA(Serinol Nucleic Acid)를 합성하였다. 네 종류의 키랄 SNA 단량체로부터 합성되는 SNA 올리고머는 단량체 고유의 키랄리티를 바꾸지 않고도 단량체 배열의 설계를 통해서 올리고머의 키랄리티를 바꿀 수 있다. 비대칭적인 배열을 갖는 SNA 올리고머는 키랄성을 나타낸다. 반면에 대칭적인 배열의 SNA 올리고머는 비키랄성의 분자이다. 즉, 단량체의 배열순서를 거꾸로 할 경우, SNA 올리고머의 키랄리티는 바뀔 수 있다. SNA 올리고머의 두 가지 거울상 이성질체는 같은 키랄리티를 갖는 네 가지 단량체로 합성될 수 있다. 흥미롭게도, 이처럼 배열에 의존하는 나선성을 갖는 SNA는 상보적인 SNA 올리고머와 역평행 방향으로 결합하여 훨씬 안정적인 이합체를 형성한다. 이와 같은 이합체는 DNA/DNA 또는 RNA/RNA로 이루어진 이합체보다 더욱 안정하다. 또한, SNA는 DNA 또는 RNA와도 안정한 이합체를 형성했다. 이와 같은 SNA의 특성은 안티센스 에이전트로서의 잠재 가능성을 나타낸다. 이러한 SNA의 특성은 왜 D-리보스가 천연 핵산을 위한 분자구조로 선택된 이유에 대한 통찰력을 제공한다.
Keywords: Nucleic Acid Analogue / Serinol Nucleic Acid / Chirality / Helicity/ Cross-Pairing / Antisense Agent

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유기 나노튜브 겔의 샤페론 기능

가메다 나오히로

<Abstract> 화학적으로 변성된 단백질이 존재하는 상온의 수용액 상태에서 합성 지질은 자기조직 과정을 통해서 하이드로 겔을 형성하였으며, 하이드로 겔 내의 나노튜브 채널에는 변성된 단백질이 존재하였다. 변성제의 농도를 낮추면 나노튜브 채널에 존재하는 변성된 단백질의 일부가 재접힘(refolding)을 하였다. 한편, pH를 변화시키면, 나노튜브 채널의 아미노 그룹으로 덮인 내부 표면과 하이드로 겔 내부의 단백질 사이의 정전기적 인력이 크게 감소하였다. 이 결과, 재접힘을 한 단백질은 특별한 첨가제의 도움 없이도 벌크 용액으로 방출되었다. 이와 같은 회복 과정에서 하이드로 겔에 포함되어 있던 변성된 단백질은 중간적인 재접힘 상태에서 원상태로 완벽하게 복구되었다. 나노튜브 채널의 내부 표면에 소수성 그룹을 도입할 경우 변성된 단백질의 함유율 및 재접힘 과정의 효율이 향상되었다. 단백질의 재접힘은 나노튜브 채널의 내부 지름의 크기에도 크게 의존하였다. 이처럼 나노튜브 하이드로 겔은 변성된 단백질의 재접힘을 도와주는 인공적인 샤페론으로서 이용될 수 있다.
Keywords: Organic Nanotubes / Nanochannel / Self-Organization / Hydrogels / Chaperones / Refolding / Proteins / Enzymes

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성장하는 고분자

랜덤 코일은 어디로?

가와구치 다이스케

<Abstract> 지금까지 필자의 인생은 램덤 코일 고분자의 궤적처럼 흘러왔다. 본 원고에서는 필자의 개인적인 배경과 현재까지의 연구 그리고 앞으로의 포부를 간략히 소개한다.

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고분자과학의 최전선

계면에서 만드는 규칙적인 구조성 고분자: 초분자를 이용한 나노 디바이스의구축

구니타케 마사시

<Abstract> 자기조립을 통한 정교한 초분자 구조의 구축은 "bottom-up (상향식)" 나노 기술로 주목을 받고 있다. 상향식 방법을 통해 통합된 다양한 기능을 가진 나노 구조체의 설계 및 이와 같은 나노 구조체를 제조하는 방법의 개발과 같이 분자 나노기술과 관련된 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 원고에서는 계면에서의 화학 반응을 통해 만들어진 독특하고 잘 정의된 화학 구조를 갖는 새로운 고분자 재료를 소개한다. 1차원 및 2차원의 p-conjugated 공유결합성 나노 구조체의 열역학적 자기조립은 초고진공에서의 열처리 및 고체-액체의 계면에서 "on-site" 평형 연속 중합을 통해서 달성되었다.
Keywords: Bottom-up Nanotechnology / Soft Solution Process / Covalent Organic Framework / Thermodynamic Self-Assembly / UHV / STM

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