circular dichroism

Circular Dichroism

2011161059김재범

Polarization

Polarization( 편광 )- 편광 : 파동의 진동이 그 평면상의 특정 방향으로

놓이게 되는 것- 빛은 물질과 반응하여 편광상태가 바뀔 수 있음

Linearly polarized light( 선형 편광 )• 선형편광 = 편광방향이 바뀌지 않음• 궤도가 한 면 위에 있음

Linearly polarized light( 선형 편광 )• 선형편광을 적절히 조합하면 임의의 방향의 선형편광이나 원형편광도 만들어 낼 수 있다 .

Circularly polarized light( 원형편광 )

Left circularly polarized(LCP) light

Right circularly polarized(RCP) light

Polarized light

Circular Dichroism 이란 ?

우회전 편광의 흡수도 ≠ 좌회전 편광의 흡수도→ Circular Dichroism

광학 이성질성 (Optical activity, Chiral-ity)

• 탄소 주위의 4 개의 작용기가 모두 다른 비대칭 탄소를 가지고 있으므로 서로 거울 상은 되지만 겹쳐지지 않는 이성질체• 다른 이성질체와 달리 결정 모양 , 비중 , 끓는점 등 물리적 성질은 모두 일치• 그러나 편광 된 빛을 흡수하는 정도가 달라 광학 이성질체의 결정이나 용액에 편광 된 빛을 통과시키면 편광 면을 회전 시키는 정도가 좌 , 우에 각각 다르게 나타난다 .


• 우회전 편광의 흡수도• ≠ 좌회전 편광의 흡수도• → 파동의 형태가 타원이 됨 !


• Optical rotation• Ellipticity(θ) minor axis/major axis

Circular Dichroism 이란 ?• Ellipticity(θ) θ = 32.98 CD(ΔA) ΔA= 좌형 원형 편광 세기 – 우형 원형 편광 세기

• Molar ellipticity [θ] = 100 θ / C lC= molar 농도 , I= path length(cm)


• [θ]=3298Δε - Δε= ΔA /C I

the difference in absorption for a 1M solution in a 1cm cuvette, → [θ]=3298ΔA

Circular Dichroism Spectroscopy

Application to Biology

Application to Biology• Near UV CD (250 - 350 nm)– Near-UV CD spectroscopy is dominated by

Phe, Tyr, Trp and disulfides– Aromatic residue → asymmetric → exhibit CD

Application to Biology• Far UV CD (180 - 250 nm)– amide group : most abundant CD

chromophore in proteins– In secondary structure conformations;

backbone and the amide bond chro-mophores are

“regular, organized, asymmetric”

Application to Biology• 전자 전이 bonding orbital( , ) → anti-bonding orbital (*, *)

• The intensity and energy of these transitions depends on φ and ψ

→ by “secondary structure”

Application to Biology• Far UV-CD of random coil:

– positive at 212 nm (π->π*)– negative at 195 nm (n->π*)

• Far UV-CD of β-sheet:– negative at 218 nm (π->π*)– positive at 196 nm (n->π*)

• Far UV-CD of α-helix:– Excitation coupling of the π->π* tran-

sitions leads to positive (π->π*)(per-pendicular) at 192 nm and negative (π->π*)(parallel) at 209 nm

– negative at 222 nm is red shifted (n->π*)

Application to Biology• Determination of secondary struc-

ture of proteins that cannot be crys-tallized

• Investigation of the effect of drug binding on protein secondary structure

• Study of the effects of environment on protein structure

• Study of ligand-induced conforma-tional changes

Application to Biology

• 광우병 진단–정상적인 cellular

prion protein “al-pha-helix”

–광우병에 걸린 scrapie prion protein은

“beta sheet struc-ture”

Advantage

• 빠르다 ! 간단하다 !• 복잡한 준비과정 X• 용액 상태로도 측정 가능 !• 샘플의 양이 적어도 OK• 어떤 크기의 거대분자든지 측정 가능 !

Disadvantage

• 공통점 , 차이점을 정량화 X• 특정 buffer components 가 방해요인이 될 수

있음

Conclusion

Conclusion• 편광 된 빛이 asymmetric medium 을

통과하면 optical rotation 이 일어남(Ellipticity)

• Ellipticity 를 측정하여 Ellipticity 크기와 경향을 diagram 으로 나타낸 것이 “ Circular Dichroism”

ConclusionNear UV CD (250-350 nm)

dominated by Phe, Tyr, Trp and disulfides

Far UV CD (180-250 nm)

In secondary structure conforma-tions, the backbone and the amide bond chromophores are arranged in regular, organized, asymmetric patterns→ Random coil, β-sheet, α-helix

circular dichroism

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