단백질 전기영동을 할 때 SDS를 사용하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. DNA 아가로스 겔 전기영동을 할 때와는 다르게 단백질의 경우에는 SDS를 먼저 처리하는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
SDS는 단백질의 3차구조와 전하의 영향을 제거하고, 음전하 부여를 위해서 사용됩니다.
이를통해서 단백질이 분자량에따라 이동속도가 결정되도록 만들어주고, 겔 전기영동에서 크기 비교와 분리 분석이 가능해지도록 만들어줍니다.
감사합니다.
결론부터 말씀드리면 단백질의 크기에 따라서만 분리하기 위해서입니다.
DNA와는 다르게, 단백질은 그 종류에 따라 전하와 입체 구조가 매우 다양하기 때문에, SDS를 이용해 이들을 통일시켜야 크기에 따라 분리하는 것이 가능해집니다.
단백질은 DNA와 달리 전하가 일정하지 않고, 고유의 복잡한 3차원 구조를 가지고 있습니다. 단백질의 전하는 구성하는 아미노산의 종류와 pH에 따라 달라지며, 이런 다양한 입체 구조는 겔 내에서 이동 속도를 예측하기 어렵게 만듭니다.
결국 이러한 문제를 해결하기 위해, SDS라는 음이온성 계면활성제를 사용하여 단백질의 비공유결합을 끊어 단백질의 2차, 3차, 4차 구조를 풀어 선형으로 만듭니다. 여기에 열처리를 더해 단백질의 복잡한 구조를 완전히 파괴하는 것입니다. 게다가 SDS 분자는 단백질에 결합하여 단백질 전체에 균일한 음전하를 부여하는데, 단백질의 질량 1g당 약 1.4g의 SDS가 결합하여, 단백질의 크기에 비례하는 음전하를 가지게 되는 것입니다.
단백질 전기영동 시 SDS를 사용하는 이유는 단백질의 크기(분자량)에 따라서만 분리하기 위함입니다. 단백질은 고유한 전하와 복잡한 3차원 구조를 가지고 있어 전기영동 시 분자량 외 다른 요인으로 인해 예상치 못한 이동 패턴을 보일 수 있습니다. SDS는 단백질에 결합하여 단백질을 변성시켜 선형 형태로 만들고, 단백질 본연의 전하를 가려 모든 단백질에 균일한 음전하를 부여합니다. 이로써 단백질은 전하량에 관계없이 오직 분자량에 따라 분리될 수 있습니다.
안녕하세요.
네, 말씀해주신 것처럼 DNA 전기영동(아가로스 겔)과 단백질 전기영동(SDS-PAGE)은 목적이 다르고, 분자들의 성질이 달라서 사용하는 조건이 다른데요, SDS (Sodium Dodecyl Sulfate, 음이온성 계면활성제)는 단백질 시료를 처리할 때 반드시 사용하는데, 단백질은 아미노산 서열(1차 구조)뿐 아니라 α-나선, β-병풍, 그리고 3차 구조까지 다양하게 접혀 있습니다. SDS 없이 그대로 전기영동을 하면, 접힌 모양과 표면 전하 분포 때문에 이동 속도가 제각각이라서 분자량(크기) 기준으로 분리할 수 없으며, SDS가 단백질의 비공유적 결합(수소 결합, 소수성 상호작용 등)을 끊고, 단백질을 1차 구조에 가까운 길게 편 모양으로 만듭니다. 단백질은 종류마다 표면 전하(+, -)가 다르기 때문에 전기장에서 이동 방식이 일정하지 않으며, SDS는 한 아미노산 잔기당 약 1.4개의 SDS 분자가 붙어, 단백질 전체에 거의 일정한 비율의 음전하를 부여합니다. 그 결과, 단백질의 전기영동 이동은 전하 차이와 구조가 아니라 "분자량(사이즈)"에 의해서만 결정됩니다. 이렇게 구조를 풀고 균일한 음전하를 준 뒤 전기영동을 하면, 분자량이 작은 단백질일수록 겔 속에서 더 빨리 이동하게 되며, 따라서 SDS-PAGE는 분자량 기준으로 단백질을 정밀하게 분리할 수 있고, 단백질 크기를 추정할 때 표준 단백질 마커와 비교하는 데도 쓰입니다. 또한 DNA는 이미 인산기(PO₄³⁻) 때문에 균일하게 음전하를 띠고 있고, 구조적 차이가 크지 않으며, 그냥 아가로스 겔에서 크기대로 분리 가능하지만 단백질은 크기도 다양하고 접힘 구조, 전하 분포가 제각각이며, SDS 처리 없이는 분자량만 기준으로 정렬된 결과를 얻기 힘듭니다. 감사합니다.