1. SDS (sodium dodecyl sulfate) CH3(CH2)11SO4Na의 화학식을 가진 SDS (Sodium Dodecyl sulfate)는 세척제와 위생 용품 등에 널리 사용되는 유기황 산염 화합물 중 하나이다. SDS는 양친매성을 띠는데, 12개의 탄소 사슬을 가진 hydrophobic tail(소수성 꼬리)와 hydrophilic head(친수성 머리)를 가진 구조적 특징 때문인데 이러한 특징으로 인하여 단백질과 결합할 때에 단백질 변성을 유발한다. 그러므로 SDS는 세포막에 포함된 단백질처럼 일반적인 완충용액에서 잘 용해되지 않는 단백질을 분 리 및 분석하는 데 유용하게 사용된다. 또, SDS는 RNA 및 DNA 추출과정에서 세포 용균(lysis)으로 사용되어 세포를 부수는 역할을 한다. 특히 SDS-PAGE에서는 단백질의 비공유 결합을 파괴하여 단백질이 본래의 구조와 형태를 잃게 만드는데 이 과정에서 모든 단백질은 동일한 질량 당 전하 비율을 가지게 되어 전하와 관계없이 단백질의 크기만을 기 준으로 분리할 수 있게 되는 것이다.2. polyacrylamide gel Acrylamide와 cross-linking agent(가교제)인 N,N’-methylene-bis-acrylamide가 자외선과 같은 중합화 인자의 존재 하에 중합되면 가교 acrylamide가 형성된다. acrylamide를 물에 녹이고 중합을 거치면 수용성 polyacrylamide가 생 성되며, 여기에 적당량의 N,N′-methylene-bis-acrylamide나 유사한 가교제를 첨가하면 무색의 투명하고 탄력 있는 gel을 얻을 수 있는데 이 gel이 polyacrylamide gel이다. 중합 반응은 자유 라디칼 부가 반응이고, 일반적으로 Ammonium persulfate와 N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine (TEMED)을 중합 촉진제로 사용한다.
1. SDS (sodium dodecyl sulfate) Sodium Dodecyl Sulfate(SDS), 화학식 CH3(CH2)11SO4Na를 가진 유기황산염 화합물은 세척제와 위생 용품 등에서 널 리 활용된다. SDS는 12개의 탄소 사슬을 포함한 소수성 꼬리(hydrophobic tail)와 친수성 머리(hydrophilic head)를 가 진 양친매성 물질로, 이러한 구조적 특성 때문에 단백질과 결합할 때 단백질 변성을 유도할 수 있다. 이로 인해 SDS는 세포막에 포함된 단백질과 같이 수용성 용액에서는 잘 용해되지 않는 단백질을 분리하고 분석하는 데 유용하다. 또한, RNA와 DNA를 추출할 때 세포 용균(lysis)을 촉진하여 세포를 파괴하는 데 사용된다. 특히 SDS-PAGE 실험에서는 단 백질의 비공유 결합을 파괴하여 단백질이 원래의 3차원 구조를 잃게 만드는데, 이로 인해 단백질은 동일한 질량 당 전 하 비율을 가지게 되어 전하와 관계없이 크기 기준으로 분리가 가능해진다.2. polyacrylamide gel Acrylamide와 N,N'-methylene-bis-acrylamide 가교제가 자외선 등의 중합화 인자의 존재 하에 반응하면, 가교된 acrylamide 구조가 형성된다. 먼저, acrylamide를 물에 녹이고 중합 과정을 거치면 수용성인 polyacrylamide가 생성 되며, 여기에 적당량의 N,N′-methylene-bis-acrylamide나 비슷한 가교제를 첨가하면 무색이면서 투명하고 탄력 있는 젤이 만들어지는데, 이를 polyacrylamide gel이라 한다. 이 중합 반응은 자유 라디칼 부가 반응으로, 일반적으로 Ammonium persulfate와 N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine (TEMED)을 중합 촉진제로 사용한다. 이 두 화합 물이 반응해 생성된 산소 라디칼이 중합의 시작을 유도하는 역할을 한다.
DNA의 특정한 염기서열을 식별하여 이중사슬 구조를 절단하는 효소를 제한효소라 한다. 이는 1960년대에 침입한 바 이러스 DNA의 절단을 통하여 감염성을 막은 대장균 박테리아를 확인한 베르너 아르버와 매튜 매셀슨이 명명한 것이다. ‘제한핵산내부가수분해효소’가 제한효소의 정식 명칭인데, 이는 제한효소가 DNA의 안쪽을 절단하기 때문에 핵산말단가 수분해효소와 비슷하여 지어지게 되었다. 제한효소들이 인식하는 염기서열은 보통 4개에서 8개 염기쌍으로 이루어져 있으며, 이는 DNA에서 해당 효소가 작용하는 빈도를 결정짓는다. 예를 들어, 4 염기쌍을 인식하는 제한효소는 256 염 기마다, 6 염기쌍을 인식하는 효소는 4,096 염기마다, 그리고 8 염기쌍을 인식하는 효소는 65,536 염기마다 DNA를 절단하게 됨을 알 수 있다. 또한 제한효소의 인식부위는 한가지 특징을 가지고 있는데, 이는 회문구조를 가지고 있다는 특징이다. 회문구조란 만약 DNA의 염기서열이 상보적으로 앞뒤방향이 일치할 때 역반복 서열을 의미한다. 즉, 앞에서 뒤로 읽으나, 뒤에서 앞으로 읽으나 염기서열이 동일하여 대칭을 이루는 것을 말하는 것이다.DNA가 제한효소로 인하여 절단되면 잘린 부위를 기준으로 2가지 분류할 수 있다. 점착성 말단(sticky end)와 비점착성 말단(blunt end)이다. HindIII 제한효소로 DNA를 절단하면, 위 그림 중 첫번째에서 볼 수 있듯이 이중 나선의 절단 부 위는 비대칭적으로 형성된다. 이러한 방식으로 잘린 부분은 5' 말단에 네 개의 뉴클레오타이드가 돌출되어 있어, 이후 DNA 연결효소(ligase)를 사용해 결합할 때 뉴클레오타이드 간의 수소 결합이 쉽게 이루어진다. 이를 점착성 말단이라 고 한다. 이러한 점착성 말단에서는 클로닝에 유리하다는 장점이 있는데, 이는 상보적 염기서열끼리도 쉽게 결합할 수 있다는 특징 때문이다. HaeIII로 DNA를 절단하면, 그림 1에서 확인할 수 있듯이 절단 부위가 형성된다.
1. PCR PCR은 Polymerase Chain Reaction의 약자로, 중합효소 연쇄반응이라고도 불린다. 2개의 primer 사이에 낀 DNA 부 분을 시험관 내에서 대량으로 증폭시키는 방법이다. 이를 통하여 단 1개의 세포만 있더라도 DNA를 증폭시킬 수 있고, 클로닝 작업보다 시간을 많이 절약할 수 있다는 장점이 있다. PCR법은 1985년에 Kary B. Mullis 박사에 의하여 개발되 었는데, 세포가 DNA를 복제하는 시스템과 열에 강한 효소를 이용하여 개발한 것이다. 이 PCR법을 활용하여 현재 범죄 수사 뿐만 아니라 게놈 연구 등 분자생물학 분야에 폭넓게 이용하고 있다. 특히 인간의 DNA를 증폭하여 여러 종류의 유전질환을 진단할 수 있는데, 세균이나 바이러스, 진균의 DNA에 적용하여 감염성 질환의 진단 또한 할 수 있다. PCR 은 DNA의 변성(Denaturation), primer의 결합(Annealing), DNA의 신장(Extension)의 총 세 단계로 진행된다. 한 가 닥의 DNA를 중형으로 하여 상보적인 DNA를 합성하기 위하여 두 가닥으로 된 DNA의 2중 나선형에 열(92℃)을 가하 여 한 가닥으로 푼다. DNA 중합효소인 Taq DNA polymerase를 첨가하고 온도를 72℃로 유지하면 primer를 시작점으 로 DNA가 복제된다. 이 과정이 반복하여 진행되면서 DNA의 원하는 부분을 증폭시키는 것이 PCR의 원리인데, 이론적 으로 이 과정이 끝나면 DNA의 양은 2배로 늘어나고 10번만 반복해도 원래 양의 1000배가 넘는 양의 DNA가 생성하 게 된다. DNA 단편을 몇 시간 안에 1개에서 1천억 개로 만들 수 있다.2. DNA 화학 구조 인산(H3PO4), 디옥시리보스(C5H10O4), 염기로 구성되는 뉴클레오티드의 결합체를 DNA라고 한다. DNA는 두 가닥의 뉴 클레오타이드가 서로 꼬인 이중 나선 구조이다.
융합된 형태의 단백질을 만들기 위해 단백질이나 펩타이드에 붙는 것을 tag(말단 꼬리표 또는 꼬리표)라고 한다. 단백 질에 tag를 붙인 융합 단백질은 단백질분해효소를 통해 원래 단백질과 분리된다는 점을 이용하여 정제한다. 이때 주로 꼬리표와 친화적으로 결합하는 물질을 통해 크로마토그래피 등을 하기도 한다. 융합 단백질을 제작하기 위해서는 표적 단백질을 코딩하는 유전자 A, 특정 리간드와 높은 친화력을 가진 펩타이드나 단백질을 코딩하는 유전자 B를 결합해야 한다. 이러한 펩타이드와 단백질은 보통 표적 단백질의 아미노 말단이나 카복시 말단에 부착된다. 그중 protein tag(단 백질 꼬리표)에는 어떤 물질과 결합하는지에 따라 단백질 A tag, (His)6 tag, 글루타싸이온-S-전달효소(GST) tag, 말토오 스 결합 단백질(MBP) tag 등으로 구분된다. 이때 tag는 주로 융합 단백질을 정제하는 역할을 한다. 예를 들어 글루타 싸이온-S-전달효소 tag는 환원된 글루타싸이온에 강하게 결합하지만 공유결합은 아니기 때문에 유리 글루타티온을 과 잉으로 추가하면 GST 융합 단백질은 글루타티온과 경쟁적으로 결합하게 되어 컬럼에서 떨어진다. 이때 융합 단백질의 꼬리표 부분은 표적 단백질과 결합된 부위를 인식하는 단백질 분해 효소를 사용하여 절단하고, 원래의 단백질을 분리함 으로써 표적 단백질을 효율적으로 정제할 수 있다. 단백질 A tag는 lgG의 Fc와, (His)6 tag는 Ni2+ , 말토오스 결합 단백 질(MBP) tag는 말토오스, 아밀로오스와 결합하는 성질을 이용하여 정제된다. 단백질을 정제하는 역할 외에도 tag는 항 체를 활용함으로써 단백질 탐지, 세포내 위치 파악 등의 용도로도 사용된다. 이러한 용도로 사용되는 단백질에는 녹색 형광 단백질(green fluorescent protein, GFP) tag, Myc 펩타이드(EQKLISEEDL) tag..<중 략>