반응 컨트롤  바이오 질량분석 연구실 지도교수 : 김명수 박사 후 연구원 : 문정희 박사과정 : 오주연, 이미나, 스리비 지도교수 : 김명수 박사 후 연구원 : 문정희 박사과정 : 오주연, 이미나, 스리비 석사과정 : 윤소희, 배용진, 신영식, 차현정, 최경미 학부생 : 손창호

I. 바이오 질량분석 A. 연구 범위 생체 물질의 구조와 반응 연구를 위한 새로운 질량분석계 고안, 디자인, 제작, 및 응용

B. 보유기기 레이저 탈착 이온화 (MALDI) / 광분해 (PD) 이단계 질량 분석계  자체 제작 전기 분무 이온화 (ESI) Q-TOF 이단계 질량 분석계  ABI 고 분별능 질량 분석계  VG 레이저 탈착 이온화 / 광분해 이단계 질량분석계  제작중

레이저 탈착 이온화 (MALDI) / 광분해 (PD) 이단계 질량 분석계

전기 분무 이온화 (ESI) Q-TOF 이단계 질량 분석계

C. 연구내용 2002 노벨화학상  Tanaka, Fenn, Wüthrich 통상적 질량 분석법  시료를 기화  이온화  이온의 질량대 전하비(m/z) 측정  분자량 결정 생물고분자(핵산, 단백질, 당, etc.) 에 사용 힘듬. Tanaka  고체상태의 생물 고분자 / 매트릭스 시료에 레이저를 쪼여 이온화 MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization) Fen  생물 고분자 용액을 전기분무 시켜 이온화 ESI (Electrospray Ionization) 분자량이 수십만에 이르는 생물 고분자의 분자량 결정.

이단계 질량 분석법 (MS/MS, Tandem Mass Spectrometry) 이온화법에 의해 만들어진 이온을 재차 분해시켜 이온 구조를 연구하는 방법 (예, 단백질의 아미노산 서열 결정). 통상적 이온 분해법  충돌활성화 분해 (CAD, Collisionally Activated Dissociation) 본 실험실의 방법  광분해 (PD, Photodissociation) PD가 생물 고분자 분석에 유용할 것인지 조사하기 위해 MALDI-PD 기기 제작 CAD 보다 몇가지 측면에 뛰어난 분석 능력을 갖는 기기개발에 성공. 외국실험실에서 제작한 기기들보다 성능 탁월

교수신문 2002. 12. 2 매일경제신문 2004. 12. 28

3. 스펙트럼 Resolving power = 8000 MALDI spectrum of angiotensin II averaged over 100 laser shots. The peak width of MH+ is 3ns. Samll peaks at m/z 1047.1, 1047.3, and 1048.1 are due to MCP ringing.

Fragmentation Map Angiotensin I PD Synthesized Peptide PD

D. 기기개발 과정 뉴 아이디어 착안, 문헌 조사  담당교수, 기타 뉴 아이디어 착안, 문헌 조사  담당교수, 기타 이온광학 계산 (컴퓨터, SIMION)  박사후 연구원, 박사과정 기기 디자인  상동 본체 국내 제작, 부품 구입 기기 조립, 성능 검사  박사과정 기기 작동, 응용 실험  석사과정

E. 대학원 과정 질량분석법의 원리 질량 분석계의 구성 생물 고분자의 성질 및 분석법

II. 반응 컨트롤 연구 범위 이온의 구조와 반응 연구. 반응을 자유자재로 컨트롤 하기 위한 방법 개발

B. 보유기기 MATI 분광계 1 - 자체 제작 Kr 4-DFM 진공자외선 레이저 h1 h2 h3 h4 4p6 5p[5/2]2 5p[1/2]0 h1 = h2 = 212.6 nm or 216.7 nm h3 = 400 ~ 800 nm h4 = 122 ~ 145 nm, 10 nJ

MATI 분광계 2 - 자체 제작 Hg 4-SFM 진공자외선 레이저 h1 = h2 = 312.8 nm h4 = 107 ~ 126 nm, 20 nJ ~ 200nJ

Hg 4-SFM 진공레이저 MATI 분광계

Kr 4-DFM 진공레이저 MATI 분광계

진공자외선 레이저를 쪼여 분자를 리드버그 상태(이온화 한계 바로 밑에 있는 상태)로 올림 MATI 의 원리 진공자외선 레이저를 쪼여 분자를 리드버그 상태(이온화 한계 바로 밑에 있는 상태)로 올림 전기장 펄스를 걸어 리드버그 전자를 떼냄  이온화 진공자외선 레이저 파장을 바꾸어 이온 전류 검출  MATI 스펙트럼 = 이온의 진동 스펙트럼 M+ e- -0.5 V 0 V - 0.5 V 250 V MATI ZEKE To detector Spoil field Pulsed field Delay time, ~s 1. Photo-excitation 2. ZEKE state formation 3. Removal of direct ion - 0.5V 250V Molecular beam Laser Pulsing Scheme

C. 반응컨트럴 Nature, 415, 306 (2002) + + 133.94 nm 607 nm 진공 자외선 레이저 가시광선 레이저 고쉐(gauche) 고쉐 양이온 2-C3H7+ 1-요오드화 프로판 (CH3-CH2-CH2I) and or or + 133.72 nm 607 nm 진공 자외선 레이저 가시광선 레이저 cyclic-C3H7+ 안티(anti) 안티 양이온 1기압의 기체를 진공으로 팽창하여 –240 C로 냉각함. 내부 회전이 전혀 없는 두 가지 형태의 중성 분자만 존재 진공 자외선 레이저로 전자를 떼어 내어 양이온을 만듬. 레이저의 파장을 미세하게 조절하여 고쉐와 안티 중 한 형태의 양이온만 만듬. 가시광선 레이저로 요오드 원자를 떼어 냄. 고쉐 양이온과 안티 양이온은 전혀 다른 생성물을 만듬.

D. 이온의 진동 스펙트럼 CH2ClI+

CH2BrI+