Understanding the protein folding mechanism has been the interesting problem through biology, physics, medicine, and chemistry. To unravel a lot of questions about such folding events, the diverse probing tools like as NMR, IR, and Raman spectroscopy were tried with the complete proteins like the barstar, engrailed homeodomain, and β-hairpin fragment. ‘Mixing’ of the denatured protein and buffer favoring folding was the first technique and allowed the diverse combinations with the probe ways. It took, however some mili- to micro-seconds for mixing and limited the observation of the initiation stage of folding. So, a faster technique was required and laser-induced temperature-jump (LIT) experiment was introduced. As a non-mixing way, LIT initiates the state change by the sudden temperature-jump by laser so that it gives the better time-resolution of several nanoseconds and completes the folding process within a few microseconds. After LIT was first done by Flynn et al., 1972, many researchers including Hofrichter, Eaton, Fersht, Gruebele, and Hagen have been going on the active studies with this technique. Moreover, the de novo designed protein sample, Trp-cage reported by Neidigh et al. led to the meaningful result, the cooperative faster folding within 4μs. This time exceeds the previously reported folding rates of other proteins. With this small peptide, more researches have been developed, like as varying the solution viscosity. Now, my study is on the way for the protein folding kinetics by observing the fluorescence intensity and lifetime of Trp-cage and its applied peptide sample using laser-induced temperature-jump. Here, the setup section will be described in detail, as showing my state-of-the-art for this study. Based on this layout, the folding kinetics of Trp-cage by LIT experiment will be demonstrated with the tryptophan fluorescence intensity and lifetime. In addition, Trp-cage attached to gold particle will be fluoresced to investigate the effect of the environmental factor on folding efficiency. In the near future, such protein folding study is expected to solve many experimental and theoretical problems like as protein misfolding related to many diseases, enzymatic activity under some solution conditions, and mathematical problems to find out the global minima of the complicated folding energy surface.
단백질 접힘 메커니즘을 이해하는 것은 생물학, 물리학, 의학, 그리고 화학의 영역에 두루 걸쳐 흥미로운 문제로 인식되어 왔다. 그러한 접힘 현상에 대한 많은 의문들을 풀기 위해, 바스타, 호메오도메인, 그리고 베타 헤어핀 조각과 같은 단백질들을 대상으로 핵자기공명, 적외선, 라만 분광학과 같은 다양한 분석방법들이 시도되어 왔다. 풀린 단백질과 접힘을 촉진하는 완충용액을 혼합하는 방법은 가장 초기의 테크닉으로 서, 다양한 탐지 수단들과 함께 결합되어 이용되어 왔다. 그러나 혼합을 위해서는 몇마이크로에서 밀리 초 사이의 시간이 요구되었고, 이는 단백질 접힘 초기 상태의 관찰을 제약하였다. 이에 따라, 좀 더 빠른 테크닉이 요구되면서 레이져-유도 온도-점프 기술이 소개되었다. 이는 비혼합 방식으로서, 레이져에 의한 갑작스런 온도 점프로 단백질의 상태 변화를 개시하였다. 따라서, 수 나노 초의 더 좋은 시간 분해능과 몇마이크로 초 이내의 접힘을 가능하게 하였다. Flynn에 의해 1972년 처음 레이져 유도 온도 점프 기술이 행해진 이후, Hofrichter, Eaton, Fersht, Gruebele, 그리고 Hagen과 같은 많은 연구자들이 이 기술로 활발한 연구를 진행하고 있다. 더구나,Neidigh 등에 의해 새로이 디자인된 단백질 샘플인 트립토판 케이지가 보고된 이후,
Hagen 그룹은 이것이 협동적인 4 마이크로 초 이내의 빠른 접힘을 한다는 연구 결과를 이끌었다. 이 시간은 기존에 보고된 다른 단백질들의 접힘 속도를 모두 앞지른다. 이후 용액의 점도를 변화시키는 등, 이 펩타이드 샘플을 대상으로 더 많은 연구들이 전개되고 있다. 이를 토대로, 나의 연구는 현재 레이져 유도 온도 점프에 의해 트립토판 케이지와 그의 응용된 펩타이드 샘플의 형광 세기와 수명을 관찰함으로써 단백질 접힘 속도론을 연구하기 위한 과정에 있다. 본 논문에서는 셋업 부분이 자세히 기술될 것이다. 이에 기반하여 트립토판 케이지의 접힘 속도론이 트립토판 형광 세기와 수명으로 입증될 것이다. 더불어, 접힘 효율에 대한 환경적인 요소의 영향을 탐구하기 위해 금 입자에 결합된 트립토판 케이지 역시 형광을 발할 것이다. 이러한 단백질 접힘 속도론 연구는, 질병들과 관련된 단백질 잘못 접힘, 어떤 용액 조건 하에서의 효소활성, 복잡한 접힘 에너지 표면의 전체 최소지점을 찾기 위한 수학적 문제 등을 해결할 것으로 기대되어 오고 있다.
