소개글
"생화학실험 sds-page"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험목적 및 원리
1.1. SDS-PAGE를 이용한 단백질 분석 및 검출
1.2. SDS-PAGE의 원리 이해
2. SDS-PAGE 기본 원리
2.1. 단백질의 변성과 음전하 부여
2.2. 겔 내에서의 단백질 분리
2.3. Stacking gel과 Running gel의 역할
3. SDS-PAGE 주요 구성 성분
3.1. Acrylamide와 Bisacrylamide
3.2. APS와 TEMED
3.3. SDS (Sodium dodecyl sulfate)
3.4. Coomassie Brilliant Blue
3.5. Silver nitrate
3.6. BSA (Bovine serum albumin)
4. SDS-PAGE를 통한 단백질 분석
4.1. 염색 방법
4.2. 염색 후 SDS-PAGE gel의 모습
5. SDS-PAGE 활용범위
5.1. 단백질 분자량 측정
5.2. 단백질 검출 및 분석 기법
6. 실험 재료 및 기기
7. 실험 과정
7.1. 겔 제작
7.2. Sample 준비
7.3. 전기영동
7.4. 단백질 염색
8. 실험 결과
9. 고찰
9.1. Gel filtration 결과 해석
9.2. SDS-PAGE 결과 해석
10. 참고 문헌
본문내용
1. 실험목적 및 원리
1.1. SDS-PAGE를 이용한 단백질 분석 및 검출
SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)는 단백질을 전기장 내에서 분자량에 따라 분리 및 분석하는 기법이다. 단백질을 SDS로 변성시켜 음전하를 띠게 하면 단백질의 크기에 따른 이동속도 차이가 발생하게 된다. 이를 이용하여 단백질 혼합물을 겔 내에서 분리할 수 있으며 단백질의 상대적인 분자량을 측정할 수 있다. 또한 단백질을 염색하여 가시화함으로써 단백질의 분포와 양을 파악할 수 있다. SDS-PAGE는 단백질 분리, 분자량 측정, 단백질 검출 및 분석에 광범위하게 활용된다.[1]
SDS-PAGE의 원리는 다음과 같다. 먼저 SDS가 단백질의 소수성 부위에 결합하여 단백질을 변성시키고 음전하를 부여한다. 이렇게 되면 모든 단백질이 동일한 질량 대 전하 비를 갖게 되어 전기장에서 분리가 가능하다. 단백질 혼합물을 전기장 내의 polyacrylamide 겔에 로딩하면 단백질들은 분자량에 따라 서로 다른 이동속도로 분리된다. 이때 stacking gel과 running gel의 역할이 중요한데, stacking gel은 단백질들을 동일한 기준선에 정렬시키고 running gel에서 분리가 이루어지도록 한다.[1,2]
SDS-PAGE에 사용되는 주요 구성 성분은 다음과 같다. Acrylamide와 bisacrylamide는 중합되어 겔 구조를 형성하며, acrylamide 농도에 따라 겔의 다공성이 달라진다. APS와 TEMED는 acrylamide의 중합을 촉진하는 개시제와 촉매제이다. SDS는 단백질을 변성시켜 음전하를 부여하는 역할을 한다. Coomassie brilliant blue와 silver nitrate는 겔에 분리된 단백질을 염색하는 염료로 사용되며, BSA는 단백질 완충액의 안정화제로 쓰인다.[1,3]
SDS-PAGE를 통한 단백질 분석에서 염색 방법은 매우 중요하다. Coomassie brilliant blue는 비교적 간단하고 저렴한 염색법으로 0.5~20μg의 단백질을 검출할 수 있다. 반면 silver staining은 감도가 더 높아 0.1~1ng의 극소량의 단백질도 검출할 수 있다. 단백질이 겔에 분리되면 염색 과정을 거쳐 밴드로 확인할 수 있으며, 이를 통해 단백질의 상대적인 분자량을 측정할 수 있다.[1,3]
SDS-PAGE는 단백질 분자량 측정, 단백질 검출 및 분석에 폭넓게 활용된다. 표준 단백질과의 상대적인 이동거리 비교를 통해 미지의 단백질 분자량을 추정할 수 있다. 또한 웨스턴 블로팅, 2차원 전기영동 등 다양한 분석 기법에 응용될 수 있다.[1,2]
종합하면, SDS-PAGE는 단백질 혼합물을 분자량에 따라 효과적으로 분리하여 분석할 수 있는 강력한 기법이다. 단백질의 크기에 따른 이동속도 차이를 이용하여 복잡한 단백질 시료로부터 개별 단백질을 검출하고 정량할 수 있다. 이를 통해 단백질의 특성 규명, 생리적 기능 연구, 질병 진단 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.[1-3]
1.2. SDS-PAGE의 원리 이해
SDS-PAGE는 단백질을 크기에 따라 분리하는 기법이다. 단백질은 고유의 3차원 구조와 전기적 성질을 갖고 있어 전기장 내에서 겔을 통과할 때 그 속도가 달라진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 SDS(Sodium dodecyl sulfate)라는 음이온 계면활성제를 이용한다. SDS는 단백질의 소수성 부위와 결합하여 단백질의 3차원 구조를 풀어놓고, 모든 단백질에 균일한 음전하를 부여한다. 그 결과 단백질은 크기에 따라서만 분리될 수 있게 된다.
SDS-PAGE는 두 가지의 겔로 구성되어 있는데, 하나는 단백질이 크기에 따라 분리되는 분해 겔(running gel)이고 다른 하나는 단백질 시료들이 분해 겔에 들어가기 전에 동일한 지점에 모이게 하는 축적 겔(stacking gel)이다. 축적 겔에서는 전기장 내에서 염소 이온(Cl-)과 글라이신 간의 속도차이에 의해 단백질 시료가 압축되어 분해 겔에 균일하게 들어가도록 한다. 분해 겔에서 SDS-단백질 복합체는 분자량에 따라 상대적으로 다른 이동 속도를 보이므로 단백질이 크기에 따라 분리되게 된다. 이러한 원리를 통해 SDS-PAGE는 단백질의 분자량을 측정하는 데 사용되며, 단백질 검출 및 분석을 위한 다양한 기술에 활용된다.
2. SDS-PAGE 기본 원리
2.1. 단백질의 변성과 음전하 부여
SDS(Sodium dodecyl sulfate)는 단백질의 소수성 부위와 결합하여 단백질의 3차원 구조를 풀어주고, 단백질에 강한 음전하를 부여한다. 이로써 모든 단백질이 유사한 질량 대 전하 비율을 가지게 되어, 단백질의 분자량에 따라 전기영동 시 분리될 수 있다. SDS는 긴 알킬기와 sulfate 음이온을 가지고 있어, 단백질의 소수성 부위에 결합하여 단백질을 선형 구조로 풀어주며 단백질에 강한 음의 전하를 부여한다. 이에 따라 전기영동 시 모든 단백질이 유사한 질량 대 전하 비율을 갖게 되어, 단백질의 분자량에 따라 전기장에서 이동속도가 다르게 나타날 수 있게 된다. 따라서 SDS-PAGE를 통해 단백질의 분자량을 분석할 수 있다. 이처럼 SDS는 단백질의 3차원 구조를 변성시켜 구형이던 단백질을 선형 구조로 풀어내고 모든 단백질에 일정한 음전하를 부여함으로써, 단백질이 분자량에 따라 전기영동 시 분리될 수 있도록 한다.
2.2. 겔 내에서의 단백질 분리
겔 내에서의 단백질 분리는 SDS-PAGE 기본 원리 중 하나이다. SDS(sodium dodecyl sulfate)는 단백질의 소수성 부분과 결합하여 단백질의 3차 구조를 풀어내고, 모든 단백질에 음전하를 부여함으로써 단백질의 고유 전하를 감소시킨다. 이로 인해 단백질은 전기장 내에서 분자량에 비례하여 이동하게 되므로, 겔을 통과할 때 분자량에 따라 분리될 수 있다.
Polyacrylamide 겔은 acrylamide와 bisacrylamide가 중합되어 만들어지며, 가교 정도에 따라 미세 구멍의 크기를 조절할 수 있다. 이를 통해 다양한 크기의 단백질을 효과적으로 분리할 수 있다. SDS-PAGE에서는 상대적으로 낮은 농도의 acrylamide로 이루어진 stacking gel과 높은 농도의 acrylamide로 구성된 running gel의 두 겔 시스템을 이용한다.
Stacking gel에서는 Cl-이온과 glycine 이온의 이동속도 차이로 인해 단백질이 빠르게 한 지점으로 모이게 되고, running gel에서는 단백질이 분자량에 따라 분리되어 이동하게 된다. 이처럼 두 겔 시스템을 통해 단백질이 분자량에 따라 효과적으로 분리될 수 있다.
Acrylamide와 bisacrylamide는 겔의 미세구조를 결정하는 주요 구성 성분이며, APS와 TEMED는 acrylamide의 중합을 개시하고 촉진하는 역할을 한다. SDS는 단백질의 변성과 음전하 부여에 핵심적인 역할을 하고, Coomassie Brilliant Blue와 silver nitrate는 단백질 염색에 사용되는 대표적인 염료이다. BSA(Bovine serum albumin)는 다양한 생화학 실험에서 널리 활용되는 단백질이다.
SDS-PAGE를 통해 단백질의 분자량을 측정하거나, 복잡한 단백질 혼합물에서 특정 단백질을 검출 및 분석할 수 있다. 또한 웨스턴 블로팅, 이차원 전기영동, 펩타이드 맵핑 등 다양한 기술에 응용될 수 있다. 실험을 위해서는 겔 제작, 시료 준비, 전기영동, 단백...
참고 자료
강영희, “SDS-PAGE”, 『생명과학대사전』, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2692964&cid=60261&categoryId=602. 61. (2020. 12. 15)
생화학분자생물학회, “도데실 황산 나트륨”, 『생화학백과』, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5733282&cid=60266&categoryId=602. 66. (2020. 12. 15)
한국미생물학회, “겔 전기영동”, 『미생물학백과』,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5144700&cid=61232&categoryId=612
32. (2020. 12. 15)
한국미생물학회, “폴리아크릴아마이드 젤 전기영동”, 『미생물학백과』,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5894536&cid=61232&categoryId=612
32. (2020. 12. 15)
한국분자‧세포생물학회, “에스디에스 페이지”, 『분자‧세포생물학백과』,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5751411&cid=61233&categoryId=612
33. (2020. 12. 15)
한국분자‧세포생물학회, “웨스턴 블롯”, 『분자‧세포생물학백과』,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5569289&cid=61233&categoryId=612
33. (2020. 12. 15)
한국식품과학회, “에스디에스-페이지”, 『식품과학사전』,
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=6160860&cid=67725&categoryId=677
25. (2020. 12. 15)
곽한식 외. 생화학. (6판). 서울: 라이프사이언스
부성희 외. 생화학실험. 서울: 청문각
Rubisco. 생명과학대사전. 2019년 10월 24일 검색.
Nelson, David L, Michael M. Cox. (2014). 레닌저 생화학. (윤경식, 역). 서울: 월드사이언 스. Lehninger principles of biochemistry.
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