생화학개론 | 단백질 정제

 

 

 

TIP

 

 

1. 서 론 
2. 단백질 정제의 목적 
3. 단백질 용해 과정 
4. 단백질의 안정화 
5. 단백질의 분리 정제 및 농축 
6. 정제된 단백질의 순도 검정 
7. 정제된 단백질의 변형 및 오염물질에 대한 처리

 

 

 

단백질은 특이성 있는 효소의 촉매작용과 산소나 금속이온 등의 운반 그리고 세포 대사의 조절, 병인체로 부터의 방어, 구조단백질로 생체의 특정 형태 유지 등 다양한 생물학적 기능을 한다. 단백질들은 20여종의 아미노산으로 구성되어있지만 다양한 기능만큼 다양한 구조를 가지고 있다. 단백질은 구조와 기능이 다양함으로 몇 개의 부류로 분류하기는 어렵지만, 단백질의 3차구조에 따라 구형을 이루는 구상단백질과 섬유형을 하고 있는 섬유상 단백질로 나뉠 수 있다. 구상 단백질들은 헤모글로빈이나 사이토크롬 c와 같이 비교적 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있으나, 섬유상 단백질들은 물에 잘녹지 않으며, 결체조직이나 근육 등의 구조물을 이루고 있다.

 

따라서 세포나 동물들이 생명을 유지하기 위해서는 다양한 단백질들이 모여 조화를 이루어야 건강함을 유지할 수 있다. 그래서 Cell은 수천종의 protein을 함유하고 있다. Protein은 전하, 크기, 용해도 같은 성질을 이용해 분리하며 이러한 성질은 각 protein마다 다양하다. 많은 단백질은 다른 생체분자와 결합하고 있기 때문에 단백질은 그들의 결합성질에 기초하여 분리할 수 있다. 또한 단백질의 아미노산 조성이나 배열을 결정하고 성질을 규명하는 등 단백질에 대한 연구를 위해서는 먼저 어떤 세포 또는 조직에 있는 다양한 물질로부터 단백질을 분리, 정제하여 순수한 단백질을 얻는 것은 필수적인 과정이다.

 

결국, 생명현상을 이해하기 위하여 세포를 구성하고 있는 단백질들 각각의 구조와 기능을 이해하는 것이 필수적이라 할 수 있다. 그러나 이들은 모두 혼재된 상태로 존재하기 때문에 이들 각각의 구조와 기능을 연구하기 위해서는 우선적으로 연구하고자 하는 단백질을 정제해야만 한다. 그래서, 단백질을 정제할 때 고려해야할 점들과 단백질을 정제하는 방법 그리고 정제된 단백질의 순도 확인법등에 관하여 서술하고자 한다.

 

 

단백질 정제의 목적

단백질을 정제하는 목적은 다음과 같이 3가지로 요약할 수 있다.

∙ 가능한 최고의 회수율

∙ 최고의 생물학적 활성유지

∙ 최고의 순도

 

이러한 목적을 위하여 정제하고자 하는 단백질의 측정 방법과 정제하고자하는 재료를 우선 고려해야한다. 단백질의 측정 방법은 여러 가지가 있을 수 있으며 이 방법들 중 다음과 같은 사항을 고려하여 측정 방법을 선택해야한다.

 

첫째, 우리가 정제하고자하는 단백질만을 선택적으로 측정할 수 있는냐 하는 것이다. 즉 특이성을 고려해야한다. 대부분의 정제해야할 단백질들은 여러 단백질들과 혼재된 상태로 있고 그런 경우 정제하고자 하는 단백질과 비슷한 구조와 기능을 하는 단백질들이 있을 수도 있다. 따라서 측정법에 따라 비슷한 구조와 기능을 하는 단백질들을 모두 검색하는 법이 있고, 그러한 경우에서도 우리가 원하는 단백질만을 검색하는 검사법이 있다. 이러한 점들을 고려하여 검사법을 선택해야한다.

 

둘째, 민감도를 생각해야한다. 즉 시료중에 미량만 존재하더라도 측정 가능한 경우와 어느 농도 이상이 되어야만 측정이 가능한 경우로 나뉠 수 있다. 민감도는 경우에 따라 너무 민감하여 시료를 측정을 할 때 더 많은 시간을 요할 때도 있어 시료의 농도를 잘 생각하여 선택을 해야한다.

 

셋째, 재현성을 고려해야한다. 같은 시료를 때와 장소 그리고 측정하는 사람이 다르더라도 같은 수치의 값을 얻어야한다.

 

넷째, 검사법이 편하고, 간편한 장비만 있어도 시행할 수 있어야 한다. 마지막으로는 검사 소요 경비가 저렴해야한다. 가격이 너무 비싸면 좋은 검사법이라 하더라도 시행하는 데 어려움이 있기 때문이다. 이상의 여러가지들을 고려하여 가장 적합한 검사법을 확립한 후에 단백질 정제를 시도해야한다.

 

다음으로 고려해야 할 사항은 정제하고자 하는 단백질을 어디에서 정제를 할 것인가하는 선택문제이다. 대부분은 동물의 장기 조직을 선택하고, 동물로는 흰쥐를 많이 사용 하고 있으나 동물들은 육식성과 잡식성 그리고 채식성으로 구분되고 식성에 따라 대사과정의 차이가 있을 수 있다는 점을 생각해야한다. 정제하고자하는 단백질을 선택하였다면 우선 그 단백질이 어느 동물의 어느 장기에 많이 있는 지를 확인한 후 그 장기를 얻어 단백질 정제를 시작하면 된다. 즉 대사와 관련된 효소를 정제 하기 위해서는 장기로 간을 선택하는 것이 좋으며, 신경 신호 전달에 관련된 연구를 하고자 할 때는 뇌를 선택하는 것이 좋다. 장기 크기에 따라서는 소와 같은 대동물이 좋으나 소는 채식 동물로 대사과정이 잡식성인 경우와 다를 수 있다.

 

최근에는 동물의 단백질을 유전자 클로닝한 세균을 배양하여 세균에서 동물의 단백질을 정제하는 경우가 있다. 이 경우 대부분 다량의 특정 단백질을 생산하는 경우가 많기 때문에 정제가 용이하다. 또한 어떤 경우에는 sf-9 세포등 여러 동물세포에 특정 단백질을 과발현하여 단백질을 정제하는 경우도 있다. 그러나 이 경우 유전자가 이미 클로닝되어 알려져 있어야 한다.

 

 

 

[생화학]단백질 정제 레포트