[일반생물학개론]단백질 결정화 - Supersaturation 2부

단백질 과포화 - 2

3. Spectrophotometer

Spectrophotometer는 샘플로부터 흡수 혹은 반사되는 빛의 양을 측정하는 기기이다.

Figure 3. 흡광도가 측정되는 과정

빛이 물체에 닿으면 그 빛은 물체의 표면에서 반사, 물체의 표면에서 조금 내부로 들어간 후 반사, 물체에 흡수, 물체를 통과하는 빛으로 나누어진다. 물체에 의하여 흡수되는 빛의 양은 그 농도에 따라 다르기 때문에 이와 같은 빛의 흡수현상을 이용하면 시료 중의 빛을 흡수하는 화학물질의 양을 정량할 수 있다. 

시료용액, 또는 적당한 시약을 넣어 발색시킨 용액의 흡광도법이라고 하며 주로 자외선(180～320㎚) 및 가시광선 (320～800) 영역에서 빛의 흡수를 이용한다. 분광광도계의 작동 과정은 광원에서 빛을 쏘아 주면 용액(단백질)에 빛이 도달하게 되고 빛이 시료를 통과하게 되면 시료에 의하여 빛이 흡수되기 때문에 빛의 강도는 변화하게 된다. 그다음 detector에 도달하여 측정값을 보여주게 된다.

1) UV-visible spectrophotometer : 가시광선 및 자외선의 인접한 범위의 빛을 사용해 측정하는 방법이다.

2) light source : 필요한 파장의 빛을 일정하게 내보내는 부분

3) wavelength selector : 프리즘이나 회절격자를 이용하는 monochromator에 의하여 원하는 파장의 빛만을 시료에 공급

4) Cuvette holder & sample compartment : Cuvette에 담겨진 시료용액의 흡광도가 측정되어 지는 곳으로 파장 선택장치로부터 나오는 일정한 파장의 빛에 의하여 시료가 조사되는 곳이며 빛이 차단된다.

5) detector & readout device : 시료용액을 통과한 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 시료용액의 흡광도를 나타내는 장치

4. Supersaturation

과포화란 일반적인 상태에서 용액에 녹을 수 있는 용질보다 더 많은 용질이 녹아 있는 상태를 의미한다.

Figure 4. 단백질의 과포화 곡선

Figur 4. 은 단백질의 과포화 곡선으로 침전제의 농도에 따른 단백질 농도 변화를 보여주며 nucleation과 metastable zone에 도달하는 4가지의 결정화 방법이 소개되어 있다. 과포화 용액은 특정 상태에서 결정화를 겪게 된다. 포화된 용액의 용해도를 온도, pH 압력 등을 변화 시켜 용해도를 감소시킬 경우 과포화 상태가 된다. 그러나 과포화 상태가 되지 않을 경우 용질의 침전이 일어난다. 

그 이유는 과포화 상태는 에너지가 높은 상태로 불안정하기 때문에 결정화를 하여 에너지가 낮은 상태로 도달하기 위함이다. 그러나 단백질의 경우 과포화 상태를 만들기 위해 온도변화 pH 등의 변화를 주면 단백질은 쉽게 변성이 일어나게 된다. 따라서 다른 방법이 필요로 하게 된다. 단백질 결정화를 위해 용해도를 줄이는 방법으로는 주로 침전제를 첨가하는 방법이 있다. 침전제를 첨가하면 침전제와 단백질은 경쟁적으로 물과 결합하려한다. 

경쟁의 결과로 물과 침전제가 결합하고 단백질은 침전하게 된다. 침전제로는 polyethylene glycol & ammonium sulfate이 있다. 침전제를 많이 넣어주면 단백질과 결합하는 용매의 양이 적어지고 그 결과로 결정화가 일어난다.

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