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Circular Dichroism. 2011161059 김재범. Polarization. Polarization( 편광 ). - 편광 : 파동의 진동이 그 평면상의 특정 방향으로 놓이게 되는 것 - 빛은 물질과 반응하여 편광상태가 바뀔 수 있음. Linearly polarized light( 선형 편광 ). 선형편광 = 편광방향이 바뀌지 않음 궤도가 한 면 위에 있음. Linearly polarized light( 선형 편광 ).
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Circular Dichroism 2011161059 김재범
Polarization(편광) - 편광 : 파동의 진동이 그 평면상의 특정 방향으로 놓이게 되는 것 - 빛은 물질과 반응하여 편광상태가 바뀔 수 있음
Linearly polarized light(선형 편광) • 선형편광 = 편광방향이 바뀌지 않음 • 궤도가 한 면 위에 있음
Linearly polarized light(선형 편광) • 선형편광을 적절히 조합하면 임의의 방향의 선형편광이나원형편광도 만들어 낼 수 있다.
Circularly polarized light(원형편광) Left circularly polarized(LCP) light Right circularly polarized(RCP) light
우회전 편광의 흡수도≠ 좌회전 편광의 흡수도 • → Circular Dichroism
광학 이성질성(Optical activity, Chirality) • 탄소 주위의 4개의 작용기가 모두 다른 비대칭 탄소를 가지고 있으므로 서로 거울 상은 되지만 겹쳐지지 않는 이성질체 • 다른 이성질체와 달리 결정 모양, 비중, 끓는점 등 물리적 성질은 모두 일치 • 그러나 편광 된 빛을 흡수하는 정도가 달라 광학 이성질체의 결정이나 용액에 편광 된 빛을 통과시키면 편광 면을 회전 시키는 정도가 좌, 우에 각각 다르게 나타난다.
Circular Dichroism이란? • 우회전 편광의 흡수도 • ≠ 좌회전 편광의 흡수도 • → 파동의 형태가 타원이 됨!
Circular Dichroism이란? • Optical rotation • Ellipticity(θ) minor axis/major axis
Circular Dichroism이란? • Ellipticity(θ) θ = 32.98 CD(ΔA) ΔA=좌형 원형 편광 세기 – 우형 원형 편광 세기 • Molar ellipticity [θ] = 100 θ / C l C= molar 농도, I= path length(cm)
Circular Dichroism이란? • [θ]=3298Δε - Δε= ΔA /C I the difference in absorption for a 1M solution in a 1cmcuvette, → [θ]=3298ΔA
Application to Biology • Near UV CD (250 - 350 nm) • Near-UV CD spectroscopy is dominated by Phe, Tyr, Trpand disulfides • Aromatic residue → asymmetric → exhibit CD
Application to Biology • Far UV CD (180 - 250 nm) • amide group : most abundant CD chromophore in proteins • In secondary structure conformations; backbone and the amide bond chromophores are “regular, organized, asymmetric”
Application to Biology • 전자 전이 bonding orbital( , ) →anti-bonding orbital(*, *) • The intensity and energy of these transitions depends on φ and ψ → by “secondary structure”
Application to Biology • Far UV-CD of random coil: • positive at 212 nm (π->π*) • negative at 195 nm (n->π*) • Far UV-CD of β-sheet: • negative at 218 nm (π->π*) • positive at 196 nm (n->π*) • Far UV-CD of α-helix: • Excitation coupling of the π->π* transitions leads to positive (π->π*)(perpendicular) at 192 nm and negative (π->π*)(parallel) at 209 nm • negative at 222 nm is red shifted (n->π*)
Application to Biology • Determination of secondary structure of proteins that cannot be crystallized • Investigation of the effect of drug binding on proteinsecondary structure • Study of the effects of environment on protein structure • Study of ligand-induced conformational changes
Application to Biology • 광우병진단 • 정상적인 cellular prionprotein“alpha-helix” • 광우병에걸린 scrapieprion protein은 “beta sheet structure”
Advantage • 빠르다! 간단하다! • 복잡한 준비과정 X • 용액 상태로도 측정 가능! • 샘플의 양이 적어도 OK • 어떤 크기의 거대분자든지 측정 가능!
Disadvantage • 공통점, 차이점을 정량화 X • 특정 buffer components가 방해요인이 될 수 있음
Conclusion • 편광 된 빛이 asymmetric medium을 통과하면 optical rotation이 일어남(Ellipticity) • Ellipticity를 측정하여 Ellipticity크기와 경향을 diagram으로 나타낸 것이 “Circular Dichroism”
Conclusion • Near UV CD (250-350 nm) • dominated by Phe, Tyr, Trpand disulfides • Far UV CD (180-250 nm) • In secondary structure conformations, the backbone and the amide bond chromophores are arranged in regular, organized, asymmetric patterns • → Random coil, β-sheet, α-helix
