단백질 구조 분석 NMR과 X선 분석법 이용

소개글

단백질 구조 분석 NMR과 X선 분석법 이용에 대한 보고서 자료입니다.

목차

단백질 구조의 중요성

NMR에 대한 설명

X선 분석법에 대한 설명

본문내용

구성하고 있는 각 화합물의 회절패턴을 중 첩시킨 것으로 나타난다. 예를들어, BaCo3와 TiO2의 혼합물의 회절패턴과 그것을 가열해서 얻어지는 BaTiO3의 회절패턴과는 완전히 달라서, 각 성 분을 쉽게 구별할 수 있다. 고용에 의한 격자의 팽챙 및 수축정도를 알아낼 수 있다. 격자상수를 정밀하게 측정함으로써 알아낼 수 있으며, 고온에서 측정하면 열팽창 값을 구할 수 있다. 회절선의 강도를 측정해서 각 성분의 정량분석을 할 수 있다. 미량으로 들어 있는 물질의 검출은 곤란하며, 비정질의 경우는 더욱 어렵 다. 또 시료가 배향되어 있는 경우에는 오차가 크다. 결정구조 해석이 용이하다. 개략적인 구조를 알고 있는 경우는 이 회절 패턴을 정밀하게 측정해서 결정구조를 해석하는 일이 가능하다. 실험조작 용이 실험조작이 용이해서 초보자라도 간단하게 회절패턴을 얻을 수 있다.
● X-선 회절계의 일반적인 구조
1) X-선 발생장치(GENERATOR)
(1) X-선 튜브
봉입형 X-선 튜브(Sealed type) : 내부가 고도의 진공으로 유지되어 있어 별도의 진공장치가 필요없으며 최대 출력은 1KW-3KW이다.
회전양극 X-선 튜브(Rotating anode) : 필라멘트 교체로 거의 영구적으 로 사용 가능하다. 최대출력은 12KW이상으로 봉입형 튜브에 비해 높은 출력을 얻을 수 있어 약한 회절도형을 짧은 시간에 측정하는 경우에 적합하다. 진공펌프로 tube내를 항상 배기시 키면서 사용하여야 한다.
(2) 보안회로와 급수장치
장치자체보호와 인체의 안전을 위해 과부하 방지장치, 경고등, 안전스위치, 단수릴레이 등의 설비가 되어 있다. X-선 튜브에는 양극을 냉각시키기 위한 35 ℃이하의 깨끗하고 부식성이 없는 냉각수를 흘려주어야 한다.
2) 고니오미터(GONIOMETER) : 광학계와 기계부품 및 구동부품으로 구성
(1) 광학계
X-선 회절계 고니오미터의 광학계는 집중법의 조건을 근사적으로 만족하도록 만들어져 있다. 그림. 4에서 보는바와 같이 X-선은 X선원에서 발산하여 시료에 의해 회절되고, 같은 디프랙토미터 원 위에 있는 수광슬릿에 집중되어 카운터에 들어간다. X-선 회절계에서는 X-선 튜브의 선촛점(line focus)을 이용하고, 초점으로부터 나온 X-선은 검출기에 도달하기까지 몇 개의 슬릿을 통하게 된다.(그림. 5) 얇은 금속판을 좁은 간격으로 평행하게 겹친 평행슬릿(sollar slit) 과 발산슬릿(divergence slit)을 통과한 X-선만이 시료에 입사하여 회절되고, 그 회절 빛은 수광슬릿(receiving slit)과 평행슬릿 및 산란슬릿(scattering slit)을 지나서 검출기로 들어간다. 발산슬릿과 산란슬릿은 1/6˚, 1/4˚, 1/2˚, 1˚, 2˚, 4˚등이 있으나 보통 1˚ 슬릿을 많이 사용한다. 수광슬릿은 0.15 mm가 많이 사용되고 그 외에 0.3, 0.6 mm등이 있다.
그림. 4 Layout of X-ray diffractometer
F: X-선 초점 A : 고니오미터 축
P : 평행슬릿 R : 수평슬릿
D : 발산슬릿 RP : 평행슬릿
S : 시료 SS : 산란슬릿
그림. 5 고니오미터의 광학계와 슬릿배치
(2) 필터(Filter)
X-선 회절계에 사용되는 광원은 target 금속의 특성 X-선이다. 가장 많이 사용되는 Cu의 X-선을 정확히 관찰하면 그림 6과 같이 3개의 peak, 즉 Ka1(1.54056 Å), Ka2(1.5443 Å), Kb(1.392 Å)로 갈라져 있음을 알 수 있다. 이들 강도의 비는 100 : 50 : 20 정도이나, 필터를 사용하면 X-선 실험에 바람직하지 않은 Kb peak은 제거할 수 있다.(그림 . 7)
필터는 K흡수단이 target물질의 Ka선과 Kb선의 파장중간에 있는 물질을 사용한다. 그러한 물질은 target원소보다 원자번호가 1-2작은 원소들로서 Cu target의 경우는 Ni 필터, Mo에는 Zr필터, Fe에는 Mn필터, Cr에는 V필터등을 사용한다.
그림. 6 Cu의 X-선 스펙트럼
그림. 7 Primary spectrum and absorption by a b-filter.
(3) 모노크로미터(Monochromator)
단결정면의 회절을 이용하여 회절 빔을 단색화 시키는 장치이다(그림. 8)
강도가 감소하기는 하지만 monochromator는 Ka선만 회절 시키므로 Kb필터가 필요하지 않으며, 시료에서 발생하는 background X-선 즉 형광 X-선, 비간섭성 산란 X-선 등을 제거시킨다.
예를 들면, 강시료 또는 철분이 많은 재료를 일반적인 회절장치에서 Cu X-선으로 측정하면 형광 Fe K X-선에 의한 백그라운드가 지나치게 높아진다. 그러나 monochromator를 사용하여 CuKa만을 반사하도록 한다면 FeKa, FeKb는 카운터에 들어오지 않으므로 background는 실제로 0으로까지 감소한다.
그림. 8 The diffraction beam monochromator.
3) 검출기와 계수기록회로(Electronic circuit panel)
(1) 검출기 : Xe, Kr, Ar 등을 주성분으로 하는 불활성 기체로 충진된 비례계수관(proportional counter)을 사용한다.
(2) 검출기로 입사한 X-선은 파고분석기(PHA)를 통해 필요한 펄스만 선별되 어 계수장치에 계수된다.
X선결정법과 NMR법의 차이는 무엇인가?
대표적인 차이점으로는 X선결정법의 시료는 단결정상태의 시료인 반면, NMR법의 시료는 용액상태의 시료라는 점이다. 다음은 X선 결정법과 NMR법의 장단점을 간략하게 정리한 표이다.
구분
X선결정학
NMR
시료상태
단결정
용액
분자량 제한
사실상 없음
약 100kDa 이하
재료비
상대적으로 저렴
각종 isotope-labelling으로 인한 고가
구조계산의 용이성
대부분이 자동화
점차 자동화되어 가는 추세
실제 구조에의 접근성
실제 구조와 다를 수 있음
실제 구조를 그대로 반영
Dynamics
관찰 불가능
쉽게 관찰 가능
이러한 점들을 고려해 본다면 X선결정법에 대한 NMR법의 단백질 연구에서의 우월성을 쉽게 알 수 있을 것이다.

키워드

NMR,   X-ray,   X선 분석법,   단백질,   단백질구조,   구조분석,   입체구조