겔전기영동 실험에서 각각 겸상적혈구빈혈증의 헤모글로빈과 정상 헤모글로빈의 DNA의 위치가 다르게 나타난 까닭?
제목처럼 겔전기영동 할때 각각의 헤모글로빈 DNA들의 이동속도에 따른 위치차이와 왜 그런 현상이 발생했는지 자세한 원리가 궁금해요!
헤모글로빈 DNA들은 크기나 전하 등에 따라 이동 속도가 다를 수 있습니다. 더 큰 분자나 더 많은 전하를 가진 분자는 느리게 이동하고, 작은 분자나 적은 전하를 가진 분자는 빠르게 이동할 수 있습니다. 이에 따라 겔 전기 영동 시 분자들이 각자의 크기와 전하에 따라 다른 위치에 도달하게 됩니다.
겔 전기 영동에서는 전기장을 이용하여 분자들을 겔 속에서 이동시키는데, 전기장에 의해 분자들이 서로 다른 속도로 이동하게 됩니다. 따라서, 헤모글로빈 DNA들의 이동 속도 차이로 인해 서로 다른 위치에 도달하는 현상이 발생하게 됩니다.
겸상적혈구빈혈증은 유전자 이상에 따른 헤모글로빈 단백질의 아미노산 서열 중 하나가 글루탐산(GAG)에서 발린(GTG)으로 정상과 다르게 변이하여 적혈구가 낫모양으로 변하여 악성 빈혈을 유발하는 유전성 질환입니다. 겔전기영동 실험에서 겸상적혈구빈혈증의 헤모글로빈 DNA와 정상 헤모글로빈 DNA의 위치가 다르게 나타나는 이유는 두 가지 DNA의 염기서열에 차이가 있기 때문입니다. 이 차이는 단일 염기 치환(SNP, single nucleotide polymorphism)으로 인해 발생하는데요, 겸상적혈구빈혈증을 진단하기 위해서는 종종 특정 제한효소를 사용하여 DNA를 절단하는데 예를 들어, MstII라는 제한효소는 정상 베타-글로빈 유전자의 특정 부위를 절단할 수 있지만, 겸상적혈구빈혈증 베타-글로빈 유전자의 동일한 부위는 염기 치환으로 인해 절단되지 않습니다. 따라서, 제한효소로 처리한 후 겔전기영동을 통해 두 DNA의 절단 패턴이 다르게 나타납니다. 정상 DNA는 특정 위치에서 잘려 더 작은 조각으로 분리되지만, 변형된 DNA는 이러한 절단을 피하여 더 긴 조각으로 남아 있습니다.
겔 전기영동에서 헤모글로빈 DNA의 이동 속도에 따른 위치 차이는 주로 DNA의 크기, 모양, 그리고 겔의 농도에 의해 결정됩니다. DNA 분자는 음전하를 띠고 있기 때문에 전기장이 걸리면 양극으로 이동하게 되고, 이동하는 동안 겔의 기공을 통과해야 하는데, 이 과정에서 분자의 크기와 모양이 중요한 역할을 합니다.
겔 전기영동의 원리는 매우 간단합니다.
DNA 분자의 크기가 클수록 겔의 기공을 통과하는 데 더 많은 시간이 걸리므로, 이동 속도가 느려집니다. 따라서 큰 DNA 분자는 겔 상에서 더 위쪽에 위치하게 됩니다. 또한 아가로스 겔의 농도가 높을수록 겔의 기공이 작아져서 DNA 분자의 이동이 더 어려워지기 때문에 농도가 높은 겔은 작은 DNA 분자를 분리하는 데 적합합니다.
그리고 같은 크기의 DNA라도 모양에 따라 이동 속도가 다릅니다. 일반적으로 고차나선 DNA가 가장 빠르게 이동하고, 그 다음이 선형DNA, 마지막으로 고리열림 DNA 순으로 이동합니다.
마지막으로 부하되는 전압이 높을수록 DNA 분자의 이동 속도가 빨라집니다. 하지만 너무 높은 전압은 겔의 온도를 상승시켜 DNA에 손상을 줄 수 있으므로 적절한 전압을 사용하는 것이 중요합니다.
이러한 요소들이 겔 전기영동에서 DNA 분자의 이동 속도와 위치를 결정하는 데 영향을 미치고 DNA 분자가 겔을 통과하면서 크기에 따라 분리되어, 결과적으로 겔 상에서 다양한 위치에 밴드를 형성하게 되는 것입니다.
겸상적혈구빈혈증은 주로 헤모글로빈의 베타 글로빈 체인에서 발생하는 변이로 헤모글로빈 S(HbS)로 인해 발생합니다. 겔 전기영동 실험에서 겸상적혈구빈혈증의 헤모글로빈과 정상 헤모글로빈의 DNA가 다른 위치에서 관찰되는 이유는 DNA 서열 차이 때문입니다. 겔 전기영동에서 정상 헤모글로빈을 가진 DNA와 겸상적혈구빈혈증 헤모글로빈을 가진 DNA는 다른 제한 효소 절단 패턴을 보이게 됩니다. 이로 인해 DNA 조각들의 크기가 달라지고 겔에서의 이동 거리 또한 달라집니다.
안녕하세요.
겸상적혈구빈혈증은 유전자 이상으로 나타나는 병이고,
헤모글로빈 유전자의 염기서열 한개가 돌연변이되어 나타나는 증상입니다.
전기영동 전에 각각의 유전자에 PCR을 하여 유전자를 증폭시키고
특정 제한효소를 처리했을 것 입니다.
제한효소는 DNA염기서열 중 특정 서열을 인식하여 잘라내는 기능이 있습니다.
일반 적혈구와 겸상적혈구의 유전자는 단 하나가 다르기 때문에 일반 적혈구에서 그 부분을 자를 수 있는 제한효소를 처리한다면,
일반 적혈구의 DNA는 제한효소에 의해 그 부분이 잘리지만,
겸상 적혈구의 DNA는 돌연변이되어 서열이 달라서 잘리지 않습니다.
겸상적혈구 빈혈증에 관해서 3가지 조합의 유전자형이 있습니다.
정상유전자를 A 겸상유전자를 a라고 표현한다면,
정상적혈구 AA, 겸상적혈구체질 Aa ,겸상적혈구 빈혈증 aa
이렇게 3가지의 조합이 있습니다.
겔 전기영동은 분자량이 작은 DNA절편이 더 멀리 이동합니다.
제한효소가 정상인 적혈구 유전자의 부위를 자르므로
정상적혈구는 두 종류의 작은 DNA절편만 다수 > 멀리 이동하는 두개의 밴드가 나타남
겸상적혈구 체질은 A만 잘리고 a는 잘리지 않아 두종류의 작은 DNA절편과 한개의 큰 DNA 절편을 모두 가짐
>밴드가 3개 나타남(멀리 이동하는 밴드 두개, 조금이동한 밴드 한개)
겸상적혈구빈혈증 환자는 aa 둘다 잘리지 않으므로 큰 DNA 절편만 가짐 >크기가 큰 한 개의 절편만 있으므로 조금만 이동한 밴드 한개
겔 전기영동 실험에서 겸상적혈구빈혈증 헤모글로빈과 정상 헤모글로빈의 DNA 위치가 다르게 나타나는 이유는 두 헤모글로빈의 DNA 염기서열 차이 때문입니다. 겸상적혈구빈혈증은 헤모글로빈 베타 사슬 유전자의 6번째 코돈에서 단 하나의 염기(A→T)가 치환되는 돌연변이로 인해 발생합니다. 이 돌연변이로 인해 해당 부위의 아미노산이 글루탐산에서 발린으로 바뀌게 되고, 이는 헤모글로빈 단백질의 구조 변화를 초래합니다.
이러한 DNA 염기서열의 차이는 제한효소 처리 후 DNA 조각의 크기 차이를 유발합니다. 겔 전기영동은 DNA 조각의 크기에 따라 분리하는 원리를 이용하므로, 크기가 다른 DNA 조각은 겔 상에서 이동하는 속도가 달라지고 결과적으로 다른 위치에 나타나게 됩니다. 즉, 겸상적혈구빈혈증 헤모글로빈 DNA와 정상 헤모글로빈 DNA는 제한효소 처리 후 생성되는 DNA 조각의 크기가 다르기 때문에 겔 전기영동 결과에서 다른 위치에 나타나는 것입니다.