Dielectric relaxation of hydration water in the Dickerson–Drew duplex solution probed by THz spectroscopy

DNA 주위의 물분자는 DNA의 구조변화, DNA-단백질 상호작용 등에 영향을 끼친다고 알려져 있다. 그동안 이러한 물분자 중에 DNA에 단단히 묶여 있는 느린(나노세컨드) 물분자(tight-binding water)의 특성에 대한 연구는 많이 있으나, 피코세컨드 타임스케일의 물분자에 대한 실험적 연구는 기술적 한계로 거의 이루지지 않았다. 박건식 교수 연구진은 테라헤르츠 분광학을 이용하여 DNA 주위 물분자의 피코세컨드 타임스케일 움직임을 관찰함으로써, DNA와 약한 상호작용을 하는 물 층(weakly bound water)의 시공간적 특성을 밝혔다. 이 물 층은 DNA 주위의 단단한 물 층으로부터 7.6Å까지 분포하고, 11.6ps의 relaxation time을 가지고 있다. 이 연구로 DNA가 기존에 알려진 것보다 더 멀리 물 네트워크에 영향을 끼친다는 것을 밝혀 Chemical Physics Letters 표지논문으로 게재되었다.

Authors: Heyjin Son(SNU & CTBAS), Da-Hye Choi(SNU & CTBAS), Seonghoon Jung(PAL), Jaehun Park(PAL), and Gun-Sik Park(SNU & CTBAS)
Abstract:
The contribution of water to DNA conformational change, DNA–protein interactions, and DNA–ligand recognition has been underlined. Here, we investigate the relaxation process of water around the Dickerson–Drew B-DNA duplex using terahertz spectroscopy. By controlling the DNA concentration, the relaxation time for water reorientation and the width of the DNA hydration layer are determined. We found that a layer of weakly bound hydration water, with a relaxation time of 11.6ps, extends 7.6A˚ from the tight-binding water layer. This result demonstrates that a shell of hydration water, with reorientation time on the order of tens of picoseconds, exists beyond the structurally integrated water usually observed around DNA.
Chem. Phys. Lett. 627, 134-139 (2015)