검색 상세

Part Ⅰ. Synthesis of photocaged IPTG for producing target proteins in artificial cells, Part Ⅱ. Synthesis of new thermoplastic elastomers based on poly squaramide

파트Ⅰ. 인공세포 내 타겟 단백질을 효율적으로 생산하는 광보호 IPTG 전구체 합성, 파트Ⅱ. 폴리스퀘어아마이드를 이용한 새로운 종류의 열가소성 탄성중합체 합성

  • 박혜미 (Park, Hye Mi, 서강대학교 일반대학원)

초록

파트1. 인공세포는 생명의 기원, 합성생물학, 약물전달, 유전자 치료 등 연구의 중요한 플랫폼이다. 하지만 자연세포와 달리 인공세포의 경우에는 이중층 소포체가 닫힌 구조이기 때문에 능동적으로 물질 교환하기는 어렵다. 따라서 인지질 이중층 형성시 내부에 대사물질을 활성이 없는 전구체 형태로 주입한 후, 광조사, 효소 반응, pH 변화, 온도 변화 등 외부 인자를 변화하여 전구체가 활성을 나타내도록 대사물질을 발현시켜야 한다. 화학 및 생물학 분야에서 빛을 외부 요인으로 사용하여 다양한 공정을 제어하는 것은 높은 시공간 정밀도로 빛을 제어할 수 있어 시료 오염을 최소화할 수 있기 때문에 광범위하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 이를 이용하여 인공세포에서 광조사에 의해 활성화되는 전구체를 합성했다. 먼저 2-(2-나이트로페닐)에틸옥시카보닐(NPEOC) 그룹을 광보호기 그룹으로 IPTG에 도입하고 인공세포에 주입했다. 인공 세포에 300 nm의 빛을 조사한 결과 예상대로 IPTG가 발현되는 것을 확인했다. 하지만 300 nm의 단파장 자외선에서 DNA가 손상되었다. 이 문제를 해결하기위해 (3,4-메틸렌다이옥시-6-나이트로페닐)-프로필옥시카보닐(MNPPOC) 보호 그룹으로 변경하여 IPTG전구체가 더 긴 파장의 빛에 활성화되도록 했다. 파트2. 열가소성 탄성중합체 (thermoplastic elastomers, TPE)는 상온에서는 고무 탄성체의 성질을 가지고, 고온으로 가열하면 고분자를 재가공할 수 있어 사출성형이 가능하다는 장점이 있다. 열가소성 탄성중합체가 이와 같은 성질을 가지는 이유는 열경화성 탄성중합체와 달리 공유결합에 의한 가교과정을 거치지 않고, 다양한 분자간 결합으로 이루어져 있기 때문이다. 이러한 장점과 더불어 전 세계적으로 환경문제가 대두되고 있음에 따라 TPE에 대한 관심이 높아지고 있다. 뿐만 아니라 미래에 자동차 공업, 전자/전기 공업이 발전할수록 수요가 높아질 것을 예상하고 있다. 열가소성 탄성중합체는 고무의 특성을 나타내는 유연한 소프트 세그먼트와 플라스틱의 성질을 나타내며 물리적 가교점 역할을 하는 하드 세그먼트로 이루어져 있다. 열가소성 플라스틱의 대표적인 종류는 스타이렌-뷰타다이엔 공중합체(SBR), 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아마이드 등이 있다. 본 연구에서는 스퀘어아마이드가 포함되어있는 새로운 열가소성 탄성중합체에 대한 연구를 진행했다. 이는 여러 열가소성 탄성중합체 종류 중에서 폴리아마이드계에 속한다. 스퀘어아마이드를 하드 세그먼트로 채택한 이유는 한 그룹에 수소 결합 받개와 주개가 4군데 존재하기 때문에 강한 수소결합을 하기 때문이다. 따라서 이를 이용하여 상온에서 수소결합을 강하게 이루어 고무 탄성체의 성질을 가지고, 가열시에 재가공 할 수 있는 고분자를 합성했다. 여기에 소프트 세그먼트로 PDMS나 PEG를 도입하여 새로운 열가소성 탄성중합체를 합성했다. 합성한 고분자는 1H-NMR과 IR을 통해 구조를 분석하고 DSC를 찍어 고분자의 특성을 측정했다.

more

초록

Part1. Artificial cells are an important platform for research on the origins of life, synthetic biology, drug delivery, and gene therapy. However, unlike natural cells, it is difficult to exchange substances actively through the cell membrane since artificial cells have a closed phospholipid bilayer structure. For this reason, metabolites need to be introduced inside artificial cells as inactive precursors when the phospholipid bilayer is formed. The precursors can be transformed into active metabolites by external stimuli such as light irradiation, enzymatic reaction, pH change, or temperature change. Controlling various processes by using light as an external factor in chemical and biological fields has been extensively studied because light can be controlled with high spatiotemporal precision, resulting in minimal sample contamination. In this study, we have synthesized IPTG (isopropyl ß-D-1-thiogalactopyranoside) precursor activated by light irradiation in artificial cells. First, an 2-(2-nitrophenyl)ethyloxycarbonyl (NPEOC) group was introduced into IPTG as a light-sensitive protecting group and injected into artificial cells. When the artificial cells were irradiated with 300 nm light, it was found that IPTG was released as expected. However, DNA was also damaged by this short wavelength UV light. In order to avoid this problem, we have changed the NPEOC protecting group to (3,4-methylenedioxy-6-nitrophenyl)propyloxycarbonyl (MNPPOC) group to make the precursor more active to longer wavelength light. Part2. Thermoplastic elastomers (TPEs) exhibit the properties of rubber elastomers at room temperature and have the advantage of reprocessing when heated to high temperature. Unlike thermosetting plastics, thermoplastic elastomers do not have permanent covalent bond crosslinking. Instead, they have various reversible intermolecular interactions that can be controlled by temperature. Interest in TPEs is increasing as environmental problems are emerging around the world, and the demand for TPE is expected to increase as the automobile industry and the electronics/electric industry develop in the future. The thermoplastic elastomers consist of a flexible soft segment that exhibits the properties of rubber and a hard segment that acts as a physical crosslinking point and exhibits the properties of plastics. Representative types of thermoplastics include styrene-butadiene copolymer (SBR), polyester, polyurethane, and polyamide. We conducted a study on novel thermoplastic elastomers containing squaramide. These are new thermoplastic elastomers based on polyamide. The reason why squaramide was chosen as the hard segment is that there are four hydrogen bond acceptors and donors in one group, and thus strong hydrogen bonds. Therefore, a polymer that has the properties of a rubber elastomer by forming strong hydrogen bonds at room temperature and that can be reprocessed when heated was synthesized. Here, new TPEs were synthesized by introducing PDMS or PEG as a soft segment. The structure of the synthesized polymer was analyzed by 1H-NMR and IR, and the properties of the polymer were measured by using a melting point test, DSC, etc.

more
반출 Meta View 목록