단백질 분리 정제시 초기 단계 수행하는 염석의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 단백질의 특이 활성도를 높이기 위해서 분리정제할 때 초기 단계 수행하는 염석이라는 과정의 원리는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.
단백질 정제에서 초기 단계로 자주 수행되는 염석(salting out)은 단백질 용액에 고농도의 염(salt, 보통 (NH₄)₂SO₄, NaCl 등)을 첨가하여 단백질을 선택적으로 침전시키는 방법인데요, 핵심 원리는 단백질의 수용성 감소를 이용한 침전입니다. 단백질은 수용액에서 표면에 친수성(hydrophilic) 아미노산을 노출하며 용해되어 있는데요, 용액에 염을 첨가하면 염 이온이 물과 결합하여 자유수(water of hydration)를 감소시키게 되며, 물 분자가 단백질 표면을 충분히 둘러싸지 못하게 되면, 단백질 간 수소결합 및 소수성 상호작용이 증가하여 단백질이 서로 응집하고 침전하게 됩니다. 즉, 염석은 용매 내에서 단백질의 친수 환경을 줄여 소수성 상호작용을 증가시키고 선택적으로 침전시키는 과정이라고 볼 수 있습니다. 염을 점진적으로 증가시키며 특정 농도에서 원하는 단백질만 침전시키도록 조절하는데요 예를 들어, 0–30% (NH₄)₂SO₄: 일부 단백질 침전, 30–60%: 표적 단백질 침전, 60–90%: 다른 불필요 단백질 침전을 진행하며 이를 통해 단백질의 불순물을 제거하고 특정 단백질을 농축할 수 있습니다. 이러한 염석의 경우 단백질을 활성 손상 없이 농축할 수 있으며 단백질의 용해도 차이를 이용하므로 초기 단계에서 대량 처리 가능하고, 이후 수행할 크로마토그래피 등의 정제 단계에서 단백질 농도를 높여 효율을 향상시킵니다.감사합니다.
1명 평가염석은 고농도의 염을 단백질 용액에 첨가하여 단백질이 물에 녹아 있는 상태를 방해하고 침전시키는 과정입니다.
그리고 가장 중요한 원리는 수화수의 제거와 단백질의 응집입니다.
단백질은 물 분자로 둘러싸여 용액 내에 안정적으로 존재합니다. 그 때 이 물 분자층을 수화수라고 합니다. 용액에 고농도의 염을 넣으면, 염 이온들은 단백질보다 더 강하게 물 분자와 결합하려는 경향이 있습니다. 따라서 염 이온들이 단백질 주변의 수화수를 빼앗아가게 되고, 단백질은 물 분자와의 친수성 상호작용을 잃게 되는 것이니다.
그리고 수화수를 잃은 단백질 분자들은 노출된 소수성 부위끼리 서로 뭉쳐 응집하게 됩니다. 이 응집체는 물에 대한 용해도가 급격히 낮아져 침전됩니다.
그런데, 서로 다른 단백질은 각각의 아미노산 서열과 구조에 따라 소수성 정도가 다릅니다.
이 때문에 단백질마다 침전되는 염의 농도가 다릅니다. 이 성질을 이용해 염의 농도를 단계적으로 높여가면서 특정 단백질만을 선택적으로 침전시켜 분리할 수 있는 것입니다.
염석법은 용액에 존재하는 단백질의 용해도를 낮춰 침전시키는 원리를 이용합니다. 단백질은 물 분자와 수소 결합하며 용액에 녹아 있는데, 고농도의 염을 첨가하면 염 이온들이 물 분자를 빼앗아 단백질의 수화 상태를 방해합니다. 이로 인해 단백질 분자 표면의 소수성(hydrophobic) 부위가 노출되고, 단백질 분자들끼리 소수성 상호작용을 통해 뭉쳐서 침전하게 됩니다. 이때 사용되는 염의 종류와 농도를 조절하여 특정 단백질만 선택적으로 침전시켜 분리할 수 있습니다.