모세관전기이동법을 이용한 아미노산의 키랄 분리 및 키랄 인지 메커니즘의 규명 = Determination of chiral recognition mechanism and chiral separation of amino acids using capillary electrophoresis

국문 초록 (Abstract)

생체시료의 가장 기본이 되는 아미노산을 분석할 수 있는 분석기술중의 하나인 모세관전기이동법을 이용하여 아미노산을 키랄 분리함으로써 키랄 선택성에 영향을 주는 결정적인 인자를 찾고 이를 바탕으로 키랄 인지 메커니즘을 규명하는 연구를 수행하였다.
아미노산의 키랄 분리를 위해 사용한 키랄 선택제는 α-, β-, HP-β-, γ-, HP-γ-CD로서 CD의 농도와 종류에 따른 아미노산 분리도의 변화를 통해 CD의 최적 조건을 선택하였다. 이러한 실험 조건하에 단백질의 기본 요소인 3종의 고리형 아미노산을 키랄 분리하기 위한 이동상의 적정 pH 및 농도를 선택하고, 걸어준 전압이 키랄 분리에 미치는 영향을 비롯한 기초적인 연구를 수행하여 최적 분리조건을 결정하였고, 이것을 토대로 12종의 아미노산을 분리하는데 적용하였다. 고리형 아미노산의 키랄 분리는 β-, γ-CD에서 보다 α-CD에서 더 좋은 분리도 값을 나타내었고, 유도체화로 크기가 커진 아미노산 12종의 분리는 α-CD에서 보다 β-, γ-CD에서 더 좋은 값으로 나타났다. 이는 CD cavity의 크기가 host-guest complexation에 가장 결정적인 역할을 한다는 것과 아미노산이 띠는 전하에 따라 키랄 선택성에 변화가 나타난다는 것을 보여준다. HP-β-CD에서 tryptophan-유도체들의 분리도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었는데 이는 HP-β-CD의 2차 하이드록시 그룹에 치환된 HP가 소수성 상호작용을 증대시켰기 때문일 것으로 생각된다.
키랄 선택성에 변화를 주기 위한 첨가제를 실험에 도입하였는데, 첨가제로 사용한 물질은 Triton X-100, SDS, t-butanol로, 이 물질들은 CD와 inclusion 상호작용을 한다고 알려져 있는 물질이다. 바탕전해질에 CD와 함께 위와 같은 첨가제를 넣어주면 분리도의 변화를 관찰할 수 있었다. 첨가제가 키랄 분리에 미치는 영향은 아미노산의 종류와 사용한 CD의 종류에 따라 달랐으며, 첨가제의 농도에 따른 분리도의 변화를 나타냈다. 첨가제 효과는 15종 아미노산뿐 만 아니라 5종의 단실 아미노산의 키랄 분리에도 잘 적용됨을 확인하였다.
본 연구는 모세관전기이동법을 이용한 아미노산의 키랄 분리에서 키랄 인지 메커니즘 규명을 위한 배경 자료로서 매우 중요하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The chiral separation of fifteen pairs of tryptophan, tyrosine, phenylalanine and their derivatives was performed by capillary electrophoresis using α-, β-, HP-β-, HP-γ-, and γ-cyclodextrin(CD) as chiral selector. For optimization of conditions, the following factors were examined: the type of cyclodextrin, the CD concentration, the pH of electrolyte, and the applied voltage. High chiral recognition of aromatic amino acids was obtained using α-CD rather than β- and γ-CD, while that of amino acid derivatives β- and γ-CD rather than α-CD. It was concluded that the role of the CD’s cavity size is critical for the chiral host-guest recognition in capillary electrophoresis. Resolution of the tryptophan-derivatives was achieved using HP-β-CD as the chiral selector. It was assumed that the additional hydrophobic interaction by hydroxyl groups on secondary hydroxyl groups of the CD’s rim and the CD’s cavity size is critical for the chiral host-guest recognition in capillary electrophoresis.
Presence of complexing additive as t-butanol, TX-100 and SDS in background electrolyte(BGE) were studied. The addition of complexing agents to BGE caused decrease of the resolution due to the competition in the inclusion complexation of additive?analyte with CD. Some applications of dansyl amino acids were examined.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures = ⅳ
• List of Tables = ⅷ
• 국문요약 = ⅹ
• 제1장 서 론 = 1
• 제2장 이 론 = 7
• 제1절 모세관 전기이동법 = 7
• 1.1 서론 = 7
• 1.2 모세관 전기이동의 원리 = 8
• 1.3 전기 삼투적 흐름(EOF)의 원리 = 10
• 1.4 전기 삼투적 속도와 이동도 = 13
• 1.5 전기 이동적 분리인자 = 13
• 1.5.1 이동시간 = 14
• 1.5.2 분리효율 = 14
• 1.5.3 선택성 = 15
• 1.5.4 분리도 = 16
• 제2절 CE를 이용한 키랄 분리 = 18
• 2.1 키랄 인지 메커니즘 = 18
• 2.1.1 리간드 교환 메커니즘 = 18
• 2.1.2 Host-guest complexation = 20
• 2.1.3 CD-MEKC = 21
• 제3장 실 험 = 25
• 제1절 측정기기 및 실험 기구= 25
• 제2절 시료와 이동상 = 27
• 제3절 실험방법 = 32
• 3.1 고리형 아미노산의 키랄 분리 = 33
• 3.2 첨가제 효과 = 34
• 3.3 첨가제의 농도 효과 = 34
• 3.4 첨가제 효과의 응용성 = 36
• 제4장 결과 및 고찰 = 37
• 제1절 아미노산의 키랄 분리 = 37
• 1.1 α-CD를 이용한 아미노산의 키랄 분리 = 39
• 1.2 β-CD를 이용한 아미노산의 키랄 분리= 41
• 1.3 γ-CD를 이용한 아미노산의 키랄 분리 = 44
• 1.4 HP-β-CD와 HP-γ-CD를 이용한 아미노산의 키랄 분리 = 45
• 1.5 CD 종류에 따른 분리도 변화 = 48
• 1.5.1 Tryptophan과 그 유도체의 키랄 분리= 48
• 1.5.2 Tyrosine과 그 유도체의 키랄 분리 = 51
• 1.5.3 Phenylalanine과 그 유도체의 키랄 분리 = 52
• 제2절 아미노산의 키랄 분리에 미치는 첨가제 효과 = 55
• 2.1 첨가제를 이용한 아미노산의 키랄 분리 = 55
• 2.1.1 α-CD에서 첨가제 효과 = 55
• 2.1.2 β-CD에서 첨가제 효과 = 58
• 2.1.3 γ-CD에서 첨가제 효과 = 60
• 2.2 첨가제의 농도 효과 = 62
• 2.2.1 Triton X-100의 농도효과 = 62
• 2.2.2 SDS의 농도효과 = 65
• 2.2.3 t-butanol의 농도효과 = 69
• 2.3 첨가제의 효과의 응용성 = 72
• 제5장 결 론 = 78
• 참고문헌 = 81
• 영문요약 = 85