Glucose와 Dextrose의 차이는?

오늘 연구발표 시간에 한 학생이 질문한 내용입니다. 보통 글루코스와 덱스트로스라는 말을 같이들 쓰는데 그 정확한 차이를 잘 모르는 경우가 많습니다. 간단하게 말하자면 글루코스는 C6H12O6의 분자식을 가지고 있는 아래와 같은 물질입니다.

http://www.biochem.arizona.edu/

그런데 글루코스 앞에는 D-, 또는 L-라는 표시가 되어 있는데 이는 글루코스가 사실은 거울상 이성질체 (enantiomer)를 가질 수 있기 때문입니다. 그래서 실제로 글루코스를 합성한다면 두가지 형태로 존재가 가능하고 우리가 그냥 "글루코스"라고 표기한다면 이 둘 중의 어느 형태인지 구분이 안가는 것입니다.   

그런데 자연계에서 존재하는 대부분의 탄수화물들은 D-form이고 그래서 자연계에 풍부하게 존재하는 전분이나 셀룰로스를 분해하여 글루코스를 만든다면 그 글루코스는 D-glucose일 수 밖에 없습니다. 그 때 D-glucose를 바로 dextrose라고 합니다. 특히 식품공업에서 많이 쓰는 용어로 당량이라는 표기를 "Dextrose eqivalent (DE)"라고도 합니다.

L-glucose는 실제로 생물체 내에서 대사가 되지 않고 자연계에 존재하지 않기 때문에 만드는 방법이 매우 복잡합니다. Dextrose에서 원래 "Dexter"라는 어근의 뜻이 라틴어로 오른쪽 (right)이라는 뜻이라고 하는데 그래서 우선형의 글루코스 (D-glucose)를 일컫는다고 합니다. D-form sugar는 우선형에 시계방향의 순위를 갖는다고 하죠.

Tris, Tris base, Trizma base의 차이는?

Buffer의 대명사인 Tris는 주로 약알칼리에서 buffering을 하는 염기(base)성 버퍼입니다. 그래서 tris를 tris base라고 합니다. 그러니까 tris와 tris base는 같은 것입니다. 분자식은 (HOCH₂)₃CNH₂이고 분자량은 121.14이며 물에 약 2.4M 농도까지 녹습니다. (Protein Methods, 2nd ed, p8)

Tris에 대한 wiki의 설명

Tris (wiki capture)

그런데 가끔 trizma base 또는 trizma라는 것이 가끔 보입니다. 구글을 보면 tris를 써야 하는데 trizma를 써서 실험이 잘 안되는 것이 아닌가하는 질문도 올라있던데 사실 Trizma는 유명한 시약회사인 Sigma에서 만드는 Tris의 상표명입니다. 그래서 위 그림에 보면 Trizma^TM 이라고 trade mark (TM) 표시가 되어 있는 것입니다. 하지만 sigma 카탈로그를 보면 Trizma base와 Trizma HCl 이렇게 두가지가 있는데 이 두가지 물질은 다른 것입니다. 자세한 내용은 링크한 카탈로그를 참조하세요.

출처 : Buffer Reference Center (http://www.sigmaaldrich.com)

   

살균용으로 70% 알콜을 사용하는 이유

보통 실험실에서, 특히 미생물을 다루기전에 손에다 뿌리거나 클린 벤치를 닦을 때 70% 알콜(에탄올)을 자주 사용합니다. 그런데 왜 하필이면 70%일까, 그냥 100% 알콜을 사용하면 될텐데, 이런 생각 누구라도 한 번쯤은 해봤을 겁니다. 일하다보면 그거 물과 알콜 3:7로 섞는 것도 귀찮을 때가 있거든요.

그런데 그것도 다 이유가 있기 때문입니다. 다음의 웹사이트를 보시면 그 이유가 나와 있습니다.
 
http://www.protocol-online.org/forums/index.php?showtopic=4108&hl=
http://www.protocol-online.org/biology-forums/posts/17193.html

그 이유를 간단히 정리하면...

70% 알콜은 미생물의 세포내부로 침투하여 단백질을 침전(변성)시켜서 죽이는데 순도 100% 알코올은 너무 빨리 탈수작용(dehydration)을 하여 세포를 쭈그려뜨리기만 해서 표면의 단백질만 침전시키고 에탄올이 세포내로 침투하기가 힘들다고 합니다. 그래서 다시 물이 있는 상태가 되면 쭈그러들었던 세포들이 살아날 수 있기 때문이라고 합니다. 결국 물이 조금 있어야지 세포가 탈수되지 않은 상태를 유지하고 세포 속으로 에탄올이 침투할 수 있기 때문이라고 알고 있습니다.

Hugo, 1971 (he said: "vegetative cells stay alive for 24h in 96% EtOH")
Wallhäuser & Schmidt, 1967 (they said: "bacillus spores stay alive for 3 month in EtOH")

개미산, 호박산, 주석산 등 유기산의 이름과 기원들

강의를 하다보면, 특히 오래전 책들을 보다보면 개미산, 주석산, 호박산 뭐 이런 이름들을 자주 보게됩니다. 사실 요즘이야 그냥 영어이름을 외워서 써버리지만 그래도 가끔 왜 이름을 이렇게 지었을까 궁금해하곤 했는데, 생각보다 제가 짐작했던 이유들이 아니더군요. 그래서 오늘 그 이름들을 정리해보았습니다.

출처는 대부분 두산백과사전 (네이버)입니다.

1. 개미산 (formic acid)
1670년 피셔가 개미를 증류하여 처음으로 얻어 개미산이라고 한답니다.

2. 구연산 (cirtic acid)
구연이란 시트론 citron의 한자명이며, 시트론을 비롯하여 레몬이나 덜 익은 광귤 등 감귤류의 과일에 특히 많이 함유되어 있는 데에서 연유했다고 합니다.

3. 호박산 (succinic acid)
1550년 R.아그리콜라가 화석(化石)이 된 수지인 호박(琥珀)을 건류하여 얻었다는 기록이 있는 데서 호박산이라고 한다는 군요. (식물 호박이 아닙니다.)

4. 주석산 (tartaric acid)
포도주를 만들 때 침전하는 주석(酒石)에 함유되어 있어 주석산 (또는 포도산)이라고 한다네요. 술 酒자 주석입니다.

5. 낙산 (butyric acid)
버터 등 동물의 유지방 속에 함유되어 있어서 낙산(酪酸)이라고 한 것이 아닐까 싶습니다. 저 酪자는 "타락 낙(락)"자인데 타락이란 우유를 끓여만든 음료라고 하는군요.

6. 초산 (acetic acid)
뭐 이거야 식초의 신맛을 내는 성분이죠.

7. 유산 (lactic acid)
우유가 발효되면 생기는 산입니다. 요즘엔 우리말로 젖산, 발효균을 젖산균이라고 많이 하죠.

8. 사과산 (malic acid)
사과 포도 등 천연 과일에 함유되어있는 산이라서 사과산이라고 한답니다.

9. 수산 (oxalic acid)
왜 수산인지 잘 모르겠습니다. (아시는 분은 알려주세요)

(이런 이름들이 대부분 일본에서 온 것이 아닌가 싶지만 아무튼 알아놓으면 저 유기산들이 어디에 들어있는지 알게된다는 점에서 유익한 부분도 있을 것 같아서 정리를 해보았습니다.)

쿠마씨 (Coomassie Brilliant Blue) 염색은 어떤 아미노산에 되는가?

가끔은 너무나 기본적인 것이 생각 안나서 괴로울 때가 있습니다. 쿠마씨 염색의 원리 같은 것이 그렇습니다.

단백질을 전기영동해서 염색할 때 가장 많이 사용하는 염색약이 쿠마씨 염색입니다. 보통 쿠마씨는 "Coomassie Brilliant Blue G 250"이라는 염색약을 뜻합니다. 화학구조는 왼쪽에 보시는 것과 같습니다.

(그림은 위키에서 가져왔습니다.)







단백질이 염색이 되는 원리는 이 시약이 단백질의 Arg, Lys이나 aromatic ring이 있는 아미노산 잔기들 (Tyr, Trp, Phe), His등과 결합을 하기 때문이라고 합니다.

조금 더 자세히 말하면

위의 그림에서 보시다시피 쿠마씨는 6개의 phenyl group들과 2개의 sulfonic acid group들을 통해서 단백질과 결합하는데 소수성 결합 (hydrophobic interaction with Try, Tyr, His, Phen)과 반데르발스 결합 (electrostatic force with Arg and Lys)을 통해 결합을 합니다. Arg에 반응하는 양이 aromatic ring을 가진 아미노산 잔기보다 8배 높습니다.  

고등학교 화학 또는 일반화학에서의 결합

가끔은 너무나 기본적인 내용이 생각이 안나서 고민을 하게 만드는 경우가 있습니다. 바로 Ni-NTA와 히스티딘의 결합같은 경우가 그런 것인데요. 하긴 저희 랩의 절반은 화학을 전공한 친구들인데 그 친구들도 유기화학하는 방에 물어보라고 했습니다. ^^ 아무튼 그래서 일반화학에서 배운 내용을 간단히 정리합니다.

일단 화학에서 물질간의 결합은 크게 아래와 같이 두가지로 나눕니다.  

1) 화학결합 (bonds)
2) 분자간 결합 (상호작용, interactions)

1)의 화학결합은 다시

1-1. 이온결합
1-2. 공유결합
1-3. 배위결합
1-4. 금속결합

2)의 분자간 상호작용은

2-1. 반데르발스힘 (분산력)
2-2. 수소결합
2-3. 쌍극자-쌍극자 상호작용

으로 나눌 수 있습니다. (자세한 내용은 링크한 네이버 백과사전을 참조하시길...)

물론 엄밀한 의미에서 이런 결합은 설명의 방법입니다. 예를 들어 순수한 이온결합은 존재하지 않으며 이온결합은 공유결합이나 금속결합이 어느 정도 포함되어 있습니다.

다음은 위키에 나와있는 각 결합의 정도입니다.

A very approximate strength order would be:

Bond type	Relative strength
Ionic bonds	1000
Hydrogen bonds	100
Dipole-dipole	10
Van der Waals Forces	1

 

Ni-NTA His-tag affinity chromatography

아마 모든 실험실에서 가장 많이 사용하는 단백질 정제 방법이 히스티틴 tag을 이용한 affinity 크로마토그래피일 것입니다. 이미 여러회사에서 상용화된 수지(resin)을 팔고 있습니다. 물론 값은 엄청나게 비쌉니다. 그 중 가장 많이 사용하는 Qiagen의 Ni-NTA superflow수지는 500ml에 3800불이나 합니다.
 
NTA는Nitrilotriacetic acid의 약자로서 분자식이 C6H9NO6입니다. NTA는 대표적인 메탈 킬레이터인 EDTA와 비슷한 성질을 갖는데 자연에서 잘 분해가 안되는 EDTA에 비해 쉽게 분해되기 때문에 장점이 있습니다.

(위 사진은 wiki에서 가져온 NTA)
 
이 NTA는 다양한 금속이온을 킬레이팅 하기 때문에 거기에 Ni을 붙이고 지지체와 연결시킨 것이 Ni-NTA resin입니다. 아래 그림에서 보시는 바와 같이 Ni 이온은 히스티딘의 이미다졸링과 배위공유결합을 할 수 있습니다. 하지만 고농도 (약 300mM)의 free imidazole을 넣어주면 히스티딘이 유리되어 단백질이 떨어져 나오는 것입니다.  

(위 그림은 www.nanoprobes.com 에서 가져왔습니다.)

아미노산의 하나인 히스티딘은 아래 그림에서 보듯이 side chain에 이미다졸 링을 가지고 있습니다. 그래서 Arginine, Lysine과 더불어 양전하를 띄는 염기성 아미노산입니다. 하지만 사이드 체인의 pKa 값이 6.0이기 때문에 실제로 pH6 이상에서는 양전하를 띄지 않고 중성입니다. 그래서 남은 전자를 Ni 이온과의 배위결합에 이용합니다.

 

단백질과 pI (isoelectric point, 등전점), 이온교환수지 선택

아미노산은 pH에 따라 산과 염기로 이온화가 가능한 물질입니다. 따라서 아미노산의 결합체인 단백질도 pH에 따라 자기 고유의 전하를 띄게 됩니다. 보통 단백질의 net charge는 pH에 따라 달라지는데 이렇게 단백질의 net charge가 0이 되는 pH를 그 단백질의 등전점 (isoelectric point, pI)라고 부릅니다. 보통 단백질의 net charge는 전체 아미노산보다는 단백질 표면의 아미노산이 더 중요한 영향을 주지만 구조를 모르는 상황에서 등전점을 구하기 위해 아미노산 구성만을 가지고 이론적 pI (Theoretical pI)를 계산하기도 합니다.

주의할 것은 단백질을 pI 에 해당하는 buffer pH에 보관하면 버퍼에 녹지않고 침전이 생긴다는 점입니다. 그래서 등전점 보다는 높거나 낮은 버퍼에서 정제 등의 작업을 하는 것이 일반적입니다. 보통 등전점보다 높은 pH로 가면 단백질은 음전하를 띠고 등전점보다 낮은 pH에서는 양전하를 띕니다. 그래서 Native page를 걸 경우 각각의 전하에 따라 이동하는 방향이 다르기 때문에 전극의 방향을 주의해야 합니다.

또한 이온교환 수지를 이용해서 정제를 할 경우 양이온교환수지 (Pharmacia Q 컬럼)를 이용하려면 등전점보다 높은 pH의 버퍼를, 음이온 교환수지 (Pharmacia SP 컬럼)를 이용하려면 등전점보다 낮은 pH의 버퍼를 사용해야 합니다.

정리하자면 버퍼 pH가,

등전점보다 높으면 ---> 음전하 ---> 음이온교환수지 (Q, DEAE)
등전점보다 낮으면 ---> 양전하 ---> 양이온교환수지 (SP, CM)

이온교환에 대한 기본적인 이론에 대해서는 다음의 사이트를 참고하시면 도움이 될 겁니다.

http://www.proteinchemist.com/tutorial/iec.html