2007년 3월 22일 목요일

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


 
작성자: 시간: 댓글 없음:
라벨: ,

Ni-NTA His-tag affinity chromatography

사용자 삽입 이미지
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.  

사용자 삽입 이미지

(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.

사용자 삽입 이미지
 

작성자: 시간: 댓글 2개:
라벨: , , ,

2007년 3월 21일 수요일

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.

사용자 삽입 이미지

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

사용자 삽입 이미지
사용자 삽입 이미지
작성자: 시간: 댓글 1개:
라벨: , , , ,

The 10 Emerging Technologies 2007 by Technology Review of MIT

MIT에서 발행하는 격월간 잡지 Technology Review에서 올해도 어김없이 지난 3월초에 10가지 "뜨는 기술"들을 선정해서 발표했습니다. 최근엔 한국에도 이 잡지가 많이 소개되었죠. 한국인 과학자가 소개된 적도 있구요. 아무튼 올해의 10가지 뜨는 기술은,

사용자 삽입 이미지

1) Peering into Video's Future
2) Nanocharging Solar
3) Neuron Control
4) Nanohealing
5) Augmented Reality
6) Invisible Revolution
7) Digital Imaging, Reimagined
8) Personalized Medical Monitors
9) A New Focus for Light
10) Single-Cell Analysis

이렇게 10가지군요. 그런데 의외로 순수(?) 바이오텍 분야의 기술은 뉴런 컨트롤 정도이고 나머지는 역시 BT-NT fusion에 가까워 보입니다.

물론 이 기술들에 대한 만만치않은 반론도 있을 수 있습니다. 5년전의 "뜨는 기술"을 들여다 본다면, 더욱 그렇죠. 분명히 그 기술들이 새로운 분야들을 열었지만 아직도 뜨고 있는 경우가 많습니다. 그만큼 실용화나 이런 것은 요원해 보이는 경우도 있다는 이야깁니다.

하지만 분명한 것은 적어도 이런 분야들이 앞으로 5년 남짓한 시간동안 중요한 트렌드를 이루어낼 수 있는, 펀드가 몰릴 수 있는 분야인 것은 확실하다고 봅니다. 그런 트렌드를 공부하는 의미에서 한 번 일독해 보는 것도 좋을 듯 싶습니다. 물론 저도 무슨 이야긴지 잘 모르겠는 이야기들이 대부분입니다만...

작성자: 시간: 댓글 1개:
라벨: ,

1장 4절 극한미생물 연구 단체 및 학회들

4. 극한미생물 연구 단체 및 학회들

4.1. 학술 단체 및 저널

현재 극한미생물학에 관련된 학술 단체는 가장 대표적인 국제극한미생물학회 (ISE, The International Society for Extremophiles)를 들 수 있다. 1996년 포르투갈에서 첫번째 극한미생물 컨퍼런스를 개최한 것을 계기로 1997년 극한미생물을 연구하는 학자들이 모여 저널 "Extremophiles"을 창간하였다.

사용자 삽입 이미지
그리고 그 에디터들을 중심으로 2002년 학회로 재구성한 단체이며 기존의 극한미생물 컨퍼런스를 이어받아 2년에 한번씩 국제 학회를 개최하여 극한미생물 연구의 중심이 되고 있다. 저널 "Extremophiles"의 편집장이었던 호리코시가 1대 회장을 역임하였고 현재는 가로 안트라니키안 (Garo Antranikian)이 2대 회장으로 있다.

국제극한미생물학회의 주 연구대상이 모든 극한미생물을 대상으로 한다면 아키아만을 대상으로 하는 “아키아 고든 컨퍼런스 (GRC, Gordon Research Conferences)”가 있다. 정식 명칭이 “Archaea: Ecology, Metabolism & Molecular Biology”인 이 컨퍼런스는 가장 오래전인 1984년에 Molecular Aspects Of Methanogenesis라는 이름으로 첫 모임을 시작하였고 1999년부터 격년으로 열리고 있다. GRC는 특정 주제에 맞는 소규모 전문 학술모임을 지원하는 단체인데 격년제로 열리는 아키아 미팅은 가장 선진적인 연구만을 발표하는 공간이다. 2002년에는 이들을 중심으로 아키아만을 대상으로 하는 과학 저널 [Archaea]가 창간되었다.

고온균에 관한 연구만을 위한 국제적인 연구모임으로 “Thermophiles” 미팅이 있다. 이 컨퍼런스는 1990년 이탈리아에서 시작되어 극한미생물에 관한 학술모임으로는 가장 오랜 역사를 가지고 있으며 2007년 노르웨이에서 9번째 모임을 가진다. 다른 학회와 달리 고온균의 생태, 대사, 분자생물학, 효소 등에 관한 다양한 연구발표를 하고 있다.

2009년엔 중국 베이징에서 열린다.


4.2. 연구 기관

2004년일본해양연구개발기구 (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology)로 이름을 바꾼 일본의 JAMSTEC (Japan Marine Science and Technology Center, 일본해양과학기술센터)은 극한미생물뿐만이 아니라 해양에 관련된 다양한 연구를 하는 기관으로 잠수탐사선 및 무인탐사기와 같은 심해저 탐사장비의 개발은 물론 이를 이용하여 심해저속의 극한생물에 관한 연구를 수행하고 있다. 그 산하의 극한환경생물권연구센터가 극한미생물 연구를 주도하는 기관인데 그 센터의 소장이 호리코시 박사이며 2001년부터 새롭게 DeepStar 프로젝트를 통해 심해저에 생육하는 극한미생물의 탐색에 관한 연구를 수행하고 있으며 최근에는 호압균 (piezophiles 또는 barophiles) 연구에 선도적인 역할을 하고 있다. 

국내에서는 몇몇 연구자들이 극한미생물 및 그 효소의 응용성에 대한 연구를 하면서 시작되었으나 본격적인 극한미생물에 관한 관심은 1996년 여름 연세대 생물산업소재연구센터 (BRC, Bioproducts Research Center) 주관으로 <특수환경 미생물의 탐색 및 응용> 심포지움을 개최하면서 시작되었다. 이후 연세대 생물산업소재연구센터의 변유량 교수팀은 국제극한미생물학회의 임원진인 독일의 안트라니키안 교수 및 일본의 오시마 교수등과 협력하여 국내 온천 및 인도네시아 지역등에서 고온균 및 초고온균의 분리, 동정, 그 유전자원 및 효소의 응용에 관한 연구를 수행하고 있다. 이 외에도 한국생명공학연구원의 성문희 박사팀은 퇴비에서 자라는 고온성 공생세균 Symbiobacterium toebii 에 관한 연구를 진행하여 유전체 분석을 마친 상태이고 서울대 박관화 교수팀은 고온성 효소에 관한 연구를 활발히 진행중에 있다.

최근에는 해양수산부에서 주관하는 '마린바이오21사업'의 일환으로 한국해양연구원에 "해양,극한생물 분자유전체 연구단"을 설립하여 해양 생물자원 및 유전체 자원의 통합적인 관리와 활용, 해양생명공학 산업의 활성화를 위한 연구에 매진하고 있으며 초고온성 아키아 Thermococcus sp. NA1 의 유전체분석 연구를 수행중에 있다.



작성자: 시간: 댓글 1개:
라벨: , ,

2007년 3월 20일 화요일

미국 대학의 기능성식품 (Nutraceuticals) 연구소들

기능성식품이라는 단어는 사실 자연과학자들에게는 그 이름이 알려진 초기엔 불신의 대상이었습니다. 왜냐하면 충분한 실험을 거치지 않고 광고의 수준으로 먼저 대중에게 알려졌기 때문입니다. 의약품의 경우 개발 이후에도 10년에 가까운 임상과 부작용 테스트를 거치는 것과 비교하면 그럴만도 합니다.
사용자 삽입 이미지


하지만 일본에서 functional foods라는 이름으로 시작된 기능성식품은 최근 Nutraceuticals라는 이름으로 더 많이 불리는데 미국에서도 점점 많은 연구자들의 관심을 모으고 있습니다. 물론 아직 한국과 일본의 관심보다는 훨씬 못합니다만.

그래서 미국 대학에서도 이런 추세에 맞추어 기능성 식품 연구소들이 생겨나고 있습니다. 가장 대표적인 두 연구소를 들라고 한다면 럿거스대학(뉴저지주립대학)과 사우스 캐롤라이나의 사립인 클렘슨의 연구소들입니다.

생물 및 식품가공분야에서 뛰어난 학교인 Rutgers University (RU)과 St. Joseph's University (SJU)의 조인트 연구소인 "The Nutraceuticals Institute(NCI) "는 다음과 같은 연구를 진행하고 있습니다.

1) Phytochemical Fingerprinting: Chemical and Immunobiological (RU)
2) Bioassays for Safety and Efficacy (RU)
3) Process Engineering (RU)
4) Clinical Studies and Trials Optimization (RU)
5) Market Demand (SJU)
6) Policy Research - (SJU)
 







남부 사우스 캐롤라이나의 주립대학 클렘슨에 있는 기능성식품연구소의 이름은 "The Institute of Nutraceutical Research (INR)입니다. 재미있는(?) 것은 16명의 faculty중에 4명이 중국인이라는 것입니다. 사실 오래전부터 한의학같은 것이 있었기에 기능성식품에 관해서는 한국, 일본, 중국 등이 더 이니셔티브를 갖고 있다고 해도 과언은 아닐 것 같습니다.
 
작성자: 시간: 댓글 1개:
라벨: , ,

2007년 3월 19일 월요일

MASS로부터 단백질의 post-tanslational modification 예측하기

분자생물학의 발전이 DNA 염기 서열 분석법과 함께 급속도로 발전을 했다면 최근에 질량분석법(MASS spec)의 발전은 단백질체학 및 관련 분야의 발전에 큰 공헌을 하고 있습니다. 보통 단백질을 정제해서 MASS를 찍으면 우리가 계산한 단백질의 분자량과 약간 다르게 나오는 경우가 많은데 그런 경우는 유전자의 변이가 생겼거나 아니면 post-tanslational modification이 일어난 경우일 것입니다.

아래의 사이트는 실제로 얻은 분자량이 이론적인 분자량과 다를 경우 어떤 post-tanslational modification이  일어났는지를 예측할 수 있도록 만들어 놓은 reference들 입니다. 분자량의 차이를 입력하고 확인하실 수도 있고 아니면 밑의 more를 누르시면 전체 reference를 보실 수도 있습니다.

http://www.abrf.org/index.cfm/dm.home
 

more..


작성자: 시간: 댓글 없음:
라벨: , , ,
피드 구독하기: 글 (Atom)