본문내용
1. 전기영동
1.1. DNA의 구조와 특성
1.1.1. DNA의 화학적 구조
DNA(deoxyribonucleic acid)는 생물의 세포 내 핵 속에 존재하는 유전물질로, 인산, 당, 염기가 1:1:1의 비율로 공유 결합하고 있는 구조를 띤다. DNA를 구성하는 기본 단위는 뉴클레오타이드이며, 이는 인산, 당, 염기로 이루어져 있다.
DNA의 당은 디옥시리보오스라고 하는 5탄당으로, RNA의 당인 리보오스와 차이가 있다. 디옥시리보오스의 2번 탄소 위치에 있던 히드록시기(-OH)가 수소(-H)로 치환되어 있다. 인산기는 DNA의 골격을 이루며 수많은 인산 에스테르 결합으로 연결되어 있다. 이 인산기는 생체 내에서 음전하를 띠고 있어 전기영동 실험에서 DNA가 양극으로 이동하는데 중요한 역할을 한다.
염기는 DNA를 구성하는 마지막 요소로, 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)의 4종류가 존재한다. 이들 염기는 수소결합을 통해 상보적으로 결합하여 이중나선 구조를 형성한다. 아데닌은 티민과, 구아닌은 사이토신과 각각 2개와 3개의 수소결합을 형성한다. 이러한 염기 간 수소결합이 DNA의 안정성을 높이는데 기여한다.
이처럼 DNA는 인산-디옥시리보오스-염기로 구성된 뉴클레오타이드의 연결체이며, 이들이 이중나선 구조를 형성하여 유전정보를 저장하고 있다. 이는 생물학 실험에서 필수적으로 활용되는 핵심 물질이다.
1.1.2. DNA의 3가지 형태
DNA는 크게 A-DNA, B-DNA, Z-DNA의 3가지 형태로 존재한다.
A-DNA는 수분이 적은 환경에서 나타나는 형태로, B-DNA에 비해 구조가 압축되어 있다. 나선의 기울기가 수직축에서 약 30도 기울어져 있으며, 나선 한 번당 11개의 염기쌍으로 구성된다. A-DNA는 거울상 대칭 구조를 가지고 있다.
B-DNA는 가장 일반적인 DNA의 이중나선 구조로, 나선이 한 번 감길 때 10개의 염기쌍으로 구성된다. B-DNA는 우선성 나선 구조를 가지며 주홈과 부홈이 존재한다.
Z-DNA는 염과 이온이 풍부한 환경에서 관찰되는 형태로, B-DNA와 거울상 대칭 구조를 띤다. Z-DNA의 나선은 좌선성이며, 한 번 감길 때 12개의 염기쌍으로 구성된다.
이처럼 DNA는 수분 함량, 이온 농도 등의 환경요인에 따라 A-DNA, B-DNA, Z-DNA의 3가지 형태로 존재할 수 있으며, 각 형태마다 나선의 기울기, 염기쌍의 개수 등 구조적 차이를 보인다.
1.2. 전기영동의 원리
1.2.1. 전기영동의 정의
전기영동이란 전기장을 걸어주었을 때 분자들이 이동하는 것을 이용하여 모양, 크기를 기준으로 분자들을 구분하게 되는 실험기법이다. 분자생물학 실험에서 전기영동은 여러 분자를 전기적 힘을 이용하여 gel에서 이동시켜 크기에 따라 분리시킨다. DNA의 경우 backbone의 인산기 때문에 전기영동에 사용하는 buffer 속에서 음전하를 띠며 전기장에 놓으면 양의 전극 쪽으로 크기에 따라 다르게, 다른 속도로 이동한다. 이처럼 전기영동은 전해질에 존재하는 하전 입자에 직류를 걸어 양전하를 띠는 물질은 ?극으로, 음전하를 띠는 물질은 +극으로 이동시키는 방법을 이용하여 물질의 크기, 모양, 전하 등의 특징에 따라 물질을 분석하고 분리하는 방법이다."
1.2.2. DNA 이동속도에 영향을 미치는 요인
DNA의 이동속도에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다.
첫째, DNA의 분자량이 클수록 이동속도가 느리다. DNA 분자량이 작을수록 아가로스 겔 내 구멍 사이를 쉽게 통과할 수 있기 때문에 더 빠르게 이동한다. 일반적으로 DNA의 이동 거리는 염기쌍의 수의 로그값에 반비례한다.
둘째, 아가로스 겔의 농도가 높을수록 DNA의 이동속도가 느려진다. 아가로스 겔의 농도가 높을수록 겔 내부의 그물 구조가 더 촘촘해지기 때문에 DNA 분자들이 통과하기 어려워지면서 이동속도가 감소하게 된다. 1% 농도의 아가로스 겔은 100~500nm 정도의 구멍 크기를 가지는데, 같은 길이의 DNA라도 이 구멍 크기에 맞지 않으면 통과하기...
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