세포 공학 실험 전기영동(electrophoresis)

소개글

세포 공학 실험 전기영동(electrophoresis)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개 요
2. 전하에 미치는 pH의 영향
3. 전기영동의 기법

본문내용

정 위치에 집속되는 것을 이용한다. 양성 전해질(ampholytes)의 적절한 혼합물을 전기 분해하여 양극과 음극 사이의 지지 물질에 pH 기울기를 이룰 수 있다. 가장 많이 사용되는 재료는 상대 분자 질량이 300 ∼ 600인 폴리아미노-폴리카르복실릭산(polyamino-polycarboxylic acid)이다. 전기 분해의 결과로 양극은 산성이 되고 음극은 염기성이 되어, 전극 양단 사이에 pH기울기가 생긴다. 이러한 시스템에 시료를 놓게 되면 단백질은 순전하가 없는 pH, 즉 pI가 같은 기울기 내의 어떤 지점으로 이동할 것이다. 만약 단백질이 이 지점을 벗어나게 되면, 단백질은 하전될 것이며 다시 영전하를 가지는 지점(즉 매우 접은 띠 내로 집속)으로 돌아오기 위해 양극 또는 음극을 향하여 이동하게 된다. 시스템의 분해력은 요구되는 단백질의 pI와 분리하고자 하는 단백질의 pI사이의 최소 편차로써 표시하며, pH 기울기의 정도에 의존한다. 예비 분석을 할 때는 넓은 영역의 경사(분해력이 낮음)를 이용하고, 보다 정밀한 분석을 할 때는 좁은 pH 범위를 사용한다. IEF에 있어 대류 전류를 억제하기 위한 지지 물질은 농축된 자당(sucrose)용액이다. 그러나, 최근에는 폴리아크릴아미드 또는 아가로즈 겔을 주로 사용하고 있다. 집속시킨 후 겔을 염색하고 그리고 또 다른 겔 기법은 이용하여 정량화한다. 원래의 IEF는 대부분의 다른 전기영동 기법과 마찬가지로 짧은 관의 겔(막대)에서 수행되었으나 평판(slab) 또는 얇은 막 형태가 점차 널리 사용되고 있다.
(5) 평판 겔 전기영동
막대형 전기영동 기법을 개선하여 단일지지 물질 내에서 동시에 여러 시료와 표준 물질을 분석할 수 있는 기법으로 발전한 것이 평판(slab) 기법이다. 주된 장점은 전기영동적 이동의 재현성이 높다는 것이며, 이로 인해 모든 시료들과 표준 물질들이 같은 환경에서 정확히 실험되어질 때 물질의 동정과 정량화가 수월하다. 가장 보편적인 겔 물질은 폴리아크릴아미드이며, 아가로즈도 널리 사용되는 편이다. 10㎝ × 10㎝보다 더 큰 겔은 거의 사용되지 않지만 평판은 편리한 크기로 주형을 뜰 수 있다. 평판은 주로 1∼3㎜두께이며 때로는 극도로 얇은 겔(0.1∼0.25㎜)을 사용할 때도 있다. 전기영동 중 발생하는 열을 제거하는 방법이 개선되었고 시료를 겔 내의 매우 좁은(0.1㎜ 또는 그 이하) 고랑(though)에 넣음으로써 보다 균일한 시료 구역을 만들 수 있게 되었다. 전기영동은 수직 혹은 수평위치로 겔을 유지시키며 수행할 수 있다. 전형적인 배열은 수평형이다. 몇몇 사용자들은 다량의 시료를 분석하기 위한 목적으로 겔 내에 기울기가 발생되기 쉽도록 수직 방향의 겔을 선호하기도 한다. 일반적인 전기영동, SDS 전기영동, IEF등은 평판 겔을 사용하여 쉽게 수행할 수 있다. 평판 전기영동을 보다 폭 넓게 사용하는 더 나은 기법은 겔 경사도(gradient gel)를 사용하는 것이다. 이 겔 경사도는 이동 방향으로 폴리아크릴아미드의 농도가 점차 높아지는 반면 세공의 크기는 점차 작아지도록 되어 있다. 전기장의 영향으로 시료가 이동할 때, 큰 분자들은 천천히 아래로 내려가다가 결국 분자 크기보다 작은 세공에 이르러 정지하게 된다. 처음으로 이동이 중지된 띠의 선단부에서 이동하고 있는 분지들이 '포획(catch up)'되므로 매우 좁은 띠를 형성하게 된다. 보다 작은 분자는 겔을 통과하여 더 멀리 이동되며 역시 적절한 세공의 크기에 도달할 때까지 이동하게 된다. 겔 경사도 전기영동은 단백질 분리에 있어 가장 높은 분리력을 가지는 방법으로써 인체 혈장을 43개의 띠로서 분리할 수 있다. 얇은 막 형태의 전기영동은 또한 2차원 전기영동 수행 시 이용될 수 있다. 첫단계로 실시하는 전기영동은 주로 막대에서 수행되며 종종 IEF라 한다. 막대를 겔의 평판 위에 놓고 최초의 이동방향에 수직 방향으로 전기영동을 수행한다. 이때 막대 위에서 분리된 구성 성분들은 두 번째 단계에서 시료로 작용한다. 상보적(complementary)인 분리 기법으로 IEF후에 SDS를 사용하여 분리력을 향상시킬 수 있다. 2차원 전기영동은 효소로 단백질을 분해한 후 매우 섬세한 단백질/펩타이드 도표(maps)를 작성하는데 이용될 수 있다. 전기영동 후 겔의 고정과 염색은 비록 추가되는 기법이 있으나 대체로 막대 겔에서와 유사한 방법으로 수행된다. 특히 은염색은 단백질과 핵산의 검출에 있어 대단히 감도가 높다. 하지만 이 기법은 막대 겔이나 아가로즈 겔에는 적합하지 않다. 겔을 염색하기 위해 시도되는 다른 방법은 분리된 성분들을 종이 필터나 특수 처리된 막에 '얼룩지게(blotting)'하여 분리하는 방법이 있다. 이렇게 분리된 구성 성분들은 염색 또는 면역 화학적 기법에 의해 겔의 매질로부터 간섭 없이 보다 간단하게 검출할 수 있다.
(6) 면역 전기영동
어떤 분리기법의 분리력은 만약 검출 또는 가시화의 어떤 특이한 형태로 병합된다면 크게 개선될 수 있으며 그 일례가 면역 전기영동(immunoelectrophoresis)법이다. 한천 겔(agar gel)의 얇은 층을 유리판에 부착시키고 시료를 전기영동 시킨다. 겔을 염색시키지 않고 시료 이동의 방향에 평행하게 잘라 좁은 고랑을 낸다. 고랑에 분석하고자 하는 화합물들에 관계하는 항혈청(antiserum)을 채운다. 그 후 겔을 습기가 있는 대기 중에 세워두어서 <면역전기영동시 항체의 모양> 항원과 항체 단백질이 확산되어 면역 침전물을 형성하게 된다. 이 경우 염색을 하지 않아도 쉽게 눈으로 확인이 가능하다. 또 다른 방법으로는 전기영동 후 분리된 항원을 함유하는 한천 겔을 어떤 줄무늬 형태로 잘라 내어 항체를 함유하는 한천의 두 번째 평판에 놓고, 원래 방향에 90°되게 전기영동을 실시하면 항원은 항체가 있는 방향으로 이동하여 면역 침전물을 형성하게 된다. 이것을 적절히 염색하면 명확하게 구분할 수 있다. 이때 형성된 봉우리의 특징적인 모양 때문에 이 기법을 'rocket 전기영동'이라고 부르고 있다. 이러한 방법은 인체 혈청 단백질의 연구에 광범위하게 사용되고 있다.

키워드

전기영동,   SDS-PAGE,   Gel 전기영동,   셀룰로오스-아세테이트 전기영동,   아가로스겔 전기영동