The molecular structures of various reaction intermediates generated during a chemical reaction play an important role in determining the reaction pathway and resulting products of a chemical reaction. For the past 20 years, the time-resolved X-ray solution scattering (TRXSS) has served as a key experimental method to visualize the structures of reaction intermediates generated during chemical reactions. With the emergence of X-ray free electron lasers (XFELs), the structural dynamics even within 100 ps became accessible using femtosecond-TRXSS (fs-TRXSS) with the aid of the X-ray pulse generated by XFELs. However, there has been a limited number of examples of ultrafast structural dynamics studies on proteins using TRXSS. Here, I present the ultrafast structural dynamics of the proteins revealed by fs-TRXSS. Via fs-TRXSS, a distinct reaction intermediate, which was not observed in the previous studies due to the insufficient time resolution, was identified. In addition, unique ultrafast structural dynamics of a protein, such as the coherent motion, and the change of the hydration shell surrounding the protein were successfully captured.
화학반응 중 생성되는 여러 반응중간체들의 구조는 화학반응의 진행 경로 및 생성물을 결정짓는 중요한 요소로 작용한다. 지난 20여 년 동안 시간분해 엑스선 용액상 산란법은 화학반응 중 생성되는 반응중간체들의 구조를 밝힐 수 있는 핵심적인 실험 방법 중 하나로 사용되어 왔으나, 이를 이용해 단백질의 초고속 구조 동역학을 연구한 사례는 많지 않다. 본 논문에서는 엑스선 자유 전자 레이저를 이용한 초고속 시간분해 엑스선 용액상 산란법을 단백질에 적용하여 밝힌 단백질의 초고속 구조 동역학을 소개하고자 한다. 초고속 시간분해 엑스선 용액상 산란법을 이용해 이전 연구에서는 시간분해능의 한계로 확인되지 않은 새로운 반응 중간체가 초고속 시간대에서 생성되는 것을 확인하였다. 또 결맞음 운동 등 단백질의 독특한 구조 동역학과 단백질 주위에 위치한 수화껍질의 변화를 성공적으로 밝혀내었다.
