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EF-hand Mimicking Calcium Binding Polymer

Title
EF-hand Mimicking Calcium Binding Polymer
Other Titles
EF-hand 단백질 펩타이드 모방 칼슘 이가 이온 특이 결합고분자
Authors
정희정
Issue Date
2016
Department/Major
대학원 화학·나노과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
정병문
Abstract
There are four EF-hand polypeptides in calmodulin, a natural ubiquitous calcium binding protein, which activates enzymes involved in Ca2+ mediated signal transduction. EF-hand polypeptide has six carboxylic acid functional groups provided by six glutamate in the middle of the rigid polypeptide. In this study, we designed an EF-hand mimicking Ca2+ binding polymer. The binding moieties of carboxylate functional groups were provided by the 6 glutamate residues between flexible PEG and rigid poly(L-alanine) blocks. Two rigid PA blocks are connected by 6-7 carboxylates from PAE, which are supposed to form a binding loop for Ca2+. A PEG was also introduced between two PA-PAE polypeptide blocks to provide the flexibility around the Ca2+ binding site (Figure 1). Binding of Ca2+ to CBP induce changes in polymer conformation and slight perturbation of the secondary structure of polypeptide, as indicated by changes in chemical shift of PEG block and ellipticity of the polypeptide. Based on the CaLigator program, the binding constant of CBP was calculated to be 5.1x105 M-1, which is similar to EF-hand polypeptide of CaM and greater than the PAA. In addition, the CBP exhibited a 2-4 fold greater binding constant for Ca2+ than Cu2+ and Zn2+. Figure 1. Schematic presentation of the binding of CBP (PA-PAE-PEG-PAE-PA) to Ca2+. Red lines, green curves, and blue curves indicate poly(L-alanine), L-poly(L-alanine-co-Lglutamic acid), and PEG, respectively. Blue circles indicate the carboxylate functional group of the glutamate residue and filled purple circles indicate the calcium ions.;본 연구에서 칼슘 이가 양이온에 특이적으로 결합하는 EF-hand 단백질의 펩타이드를 생체 모방하여 폴리(알라닌)-폴리(알라닌/글루타민)-폴리(에틸렌글리콜)-폴리(알라닌/글루타민)- 폴리(알라닌) 다중결합 공중합체를 합성하였다. 칼슘 이가 양이온이 칼슘 특이 결합 고분자 수화액의 구조에 미치는 영향을 원편광 이생성 분광 측정법과 13탄소-핵자기공명으로 분석하였다. 칼슘 이가 양이온의 농도가 고분자 수용액 몰 농도의 1배까지 증가할수록 고분자 수용액의 베타-시트 함유량이 감소하였고, 폴리(에틸렌글리콜)의 탄소 피크가 다운시프트되었다. 이러한 결과를 종합적으로 보았을 때 칼슘 특이 결합 고분자가 EF-hand 단백질의 펩타이드와 유사하게 칼슘 이가 양이온과 일 대 일 결합을 한다는 것을 추측할 수 있다. 더 나아가, 칼슘 이가 양이온에 경쟁적으로 결합하는 2, 2', 2'', 2'''-{에테인-1,2-디일비스[옥시(4-브로모-2,1-페닐린)니트릴로]} 테트라 아세틱 산 킬레이터와 CaLigator 프로그램을 이용하여 칼슘 이가 양이온과 합성한 고분자 수화액의 결합 상수 K 를 측정하였다. 그 결과, 칼슘 이가 양이온과 고분자간의 결합 상수는 5.1x105 M-1로 측정되었다. 이 값은 EF-hand 단백질의 한 종류인 칼모듈린 펩타이드와 유사한 값을 지니며, 폴리(아크릴 산)보다는 큰 값을 지닌다. 칼슘 이가 양이온 특이 결합 고분자의 금속 양이온 선택성은 칼슘, 구리, 아연 이가 양이온에 대하여 비교하였다. 결합 상수는 위와 유사하게 뮤렉사이드 염료의 경쟁적 결합을 이용하여 측정하였다. 고분자의 칼슘, 구리, 아연 이가 양이온에 대한 결합 상수는 각 각 7.0 (±0.4) x105, 4.2 (±0.3) x105, and 1.7 (±0.3) x105 M-1 로 측정되었고, 이를 통하여 칼슘 특이 결합 고분자가 구리 또는 아연 이가 양이온에 비해 칼슘 이가 양이온에 2-4배 정도 강한 결합을 한다는 것을 알 수 있다.
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일반대학원 > 화학·나노과학과 > Theses_Master
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