분자 매듭

3. 화학 합성 분자 매듭

여러 합성 분자 매듭이 보고되었다.^{[9][10][11][12][13][14][15]} 분자에서 성공적으로 합성된 매듭 유형은 3₁, 4₁, 5₁ 및 8₁₉ 매듭이다. $-5\_2$ 및 $+6\_1$ 매듭은 분자에서 자연적으로 발생하는 것으로 밝혀졌지만, 성공적으로 합성되지는 않았다. 작은 분자 복합 매듭 또한 아직 합성되지 않았다.^[7]

3. 1. 합성 방법

3. 2. 합성된 매듭의 종류

4. 분자 매듭 연구의 역사

1977년, 제인 리처드슨은 탄산 탈수 효소 B(CAB)가 다양한 단백질의 위상학적 행동을 조사하는 동안 겉보기 매듭을 나타낸다고 보고하며 단백질에서 분자 매듭의 존재를 처음으로 제안했다.^[27] 그러나 1994년 마크 L. 맨스필드는 단백질에서 매듭의 발생을 구체적으로 조사하고 CAB에서 트레포일 매듭의 존재를 처음으로 확인하여 최초의 매듭 단백질 발견자로 일반적으로 여겨진다.^[27] 매듭 DNA는 1981년 Liu 등에 의해 단일 가닥, 원형, 세균 DNA에서 처음 발견되었지만, 이중 가닥 원형 DNA도 매듭을 형성하는 것으로 밝혀졌다.^[28]

1989년, 소바주와 그의 동료들은 Cu+ 이온의 도움을 받아 이중 나선 복합체를 통해 합성된 최초의 합성 매듭 분자인 트레포일을 보고했다.^[29]

2000년, Vogtle 등은 분자 매듭을 "노테인"으로 처음 묘사했다.^[1] 같은 해, 윌리엄 테일러는 분자의 매듭 성분으로부터 충분히 멀리 떨어진 고정된 지점에서 종결점을 설정하여 매듭 유형을 잘 정의할 수 있는 단백질 매듭을 분석하는 대체 계산 방법을 개발했다. 이 연구에서 테일러는 단백질에서 깊은 $4\_1$ 매듭을 발견했으며,^[30] 깊이 매듭진 단백질의 존재를 확인했다.

2007년, 에릭 예이츠는 분자 슬립 매듭의 식별을 보고했는데, 이는 분자의 전체 골격 사슬이 매듭이 없고 계산 모델로 쉽게 감지할 수 있는 완전히 매듭진 구조를 포함하지 않더라도 분자가 매듭진 하위 사슬을 포함하는 경우를 말한다.^[31] 수학적으로 슬립 매듭은 완전한 구조의 검사에서 인식되지 않기 때문에 분석하기 어렵다.

2012년, Ayme 등은 동적 공유 결합 화학을 사용하여 제조한 오각 매듭을 합성했는데, 이는 당시까지 제조된 가장 복잡한 비-DNA 분자 매듭이었다.^[32] 이후 2016년에는 완전히 유기적인 오각 매듭이 보고되었으며, 분자 매듭을 사용하여 알로스테릭 방식으로 촉매 작용을 조절한 최초의 사례가 포함되었다.^[33] 2017년 1월, 데이비드 리 그룹에 의해 8₁₉ 매듭이 합성되었으며, 이로써 8₁₉ 매듭은 합성된 가장 복잡한 분자 매듭이 되었다.^[34]

매듭 이론의 중요한 발전은 얽힌 분자 사슬 내의 사슬 내 접촉을 허용하는 것이다. 회로 위상학은 접촉의 배열과 접힌 선형 사슬의 사슬 교차를 공식화하는 위상학적 프레임워크로 부상했다. 보완적인 접근 방식으로, 콜린 아담스 등은 분자 내 상호 작용이 있는 접힌 선형 사슬에 적용할 수 있는 특이 매듭 이론을 개발했다.^[35]

5. 응용 분야

많은 합성 분자 매듭은 독특한 구상 모양과 치수를 가지고 있어 나노기술의 잠재적인 구성 요소가 될 수 있다.

6. 한국의 분자 매듭 연구

참조

_[1] 논문 Knotting and Threading of Molecules: Chemistry and Chirality of Molecular Knots and Their Assemblies 2005-02-25
_[2] 논문 Molecular knots in biology and chemistry 2015-08-20
_[3] 논문 Stabilizing Effect of Inherent Knots on Proteins Revealed by Molecular Dynamics Simulations 2018-11-06
_[4] 논문 A Molecular Knot with Twelve Amide Groups - One-Step Synthesis, Crystal Structure, Chirality
_[5] 논문 Dicopper (I) trefoil knots: Demetallation kinetic studies and molecular structures 2010-09-02
_[6] 논문 Programming molecular topologies from single-stranded nucleic acids 2018-11-02
_[7] 논문 Molecular Knots 2017-09-04
_[8] 논문 KnotProt: a database of proteins with knots and slipknots 2015-01-28
_[9] 논문 Molecular Meccano, 27. A Template-directed Synthesis of a Molecular Trefoil Knot 1997-12
_[10] 논문 Copper(I)- or Iron(II)-Templated Synthesis of Molecular Knots Containing Two Tetrahedral or Octahedral Coordination Sites 1999-02
_[11] 논문 A Trefoil Knot Made of Amino Acids and Steroids 2006-08-25
_[12] 논문 Synthesis of a molecular trefoil knot by folding and closing on an octahedral coordination template 2010-02-07
_[13] 논문 Active-Metal Template Synthesis of a Molecular Trefoil Knot 2011-12-16
_[14] 논문 Molecular Composite Knots 1996-01
_[15] 논문 Synthesis of contra-helical trefoil knots with mechanically tuneable spin-crossover properties
_[16] 서적 Templated Synthesis of Knots and Ravels American Cancer Society 2012
_[17] 논문 Open questions in functional molecular topology 2020-12-04
_[18] 논문 Homochiral and meso Figure Eight Knots and a Solomon Link https://pubs.acs.org[...] 2014-06-11
_[19] 웹사이트 Tying Molecules in Knots https://www.catenane[...] 2023-12-03
_[20] 논문 Tying different knots in a molecular strand https://www.nature.c[...] 2020-08-27
_[21] 웹사이트 Molecular 5-2 Knot https://www.catenane[...] 2023-12-03
_[22] 논문 Metal-Peptide Torus Knots from Flexible Short Peptides https://linkinghub.e[...] 2020-01
_[23] 논문 A molecular endless (74) knot https://www.nature.c[...] 2021-02
_[24] 웹사이트 Endless Knot https://www.catenane[...] 2023-12-03
_[25] 논문 Coordination‐Driven Self‐Assembly of a Molecular Knot Comprising Sixteen Crossings https://onlinelibrar[...] 2018-05-14
_[26] 웹사이트 A Synthetic Molecular 819 Knot https://www.catenane[...] 2023-12-03
_[27] 논문 β-Sheet topology and the relatedness of proteins 1977-08
_[28] 논문 Novel topologically knotted DNA from bacteriophage P4 capsids: studies with DNA topoisomerases. 1981-08-25
_[29] 논문 A Synthetic Molecular Trefoil Knot 1989
_[30] 논문 Knotted proteins: A tangled tale of Structural Biology 2015-01-01
_[31] 논문 Identification of Rare Slipknots in Proteins and Their Implications for Stability and Folding 2007-10-12
_[32] 논문 A synthetic molecular pentafoil knot 2011-11-06
_[33] 논문 Allosteric initiation and regulation of catalysis with a molecular knot https://www.research[...] 2016-06-24
_[34] 논문 Braiding a molecular knot with eight crossings https://www.research[...] 2017-01-13
_[35] 논문 Knot theory for proteins: Gauss codes, quandles and bondles 2020