[생화학] 2.5 : 컬럼 크로마토그래피(column chromatography)

 

 

이번 포스트에서는 단백질 분리에 많이 쓰이는 컬럼 크로마토그래피(column chromatography)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에 column chromatography의 모식도가 나타나 있음.

 

 

column 내에는 resin이 들어가 있는데, 이 resin 종류에 따라 protein을 분리하는 원리가 달라지게 됨.

 

 

 

 

위 그림에는 ion exchange chromatography의 원리가 나타나 있음. 보면 이 경우 - charge를 가진 resin이 column에 꽉 차 있음. 이 때 protein의 net charge가 positive하면 할수록 더 column 위에 머무르고 있을 것이고(강한 interaction), net charge가 negative하면 할수록 더 column을 빨리 통과하게 될 것임. 그 결과 charge에 따라 protein들을 차등적으로 분리할 수 있음.

 

 

 

 

실제로 protein은 위와 같이 PI를 중심으로 PI보다 작은 pH값일때는 +, PI보다 큰 pH값일때는 - charge를 띔. 따라서 pI보다 낮은 pH 구간에서는 cation exchange chromatography를 수행하고, pI보다 높은 pH 구간에서는 anion exchange chromatography를 수행함. (그러나 실제로는 단백질의 pI 값마저도 모르는 경우가 많으므로 다양한 조건 하에서 pH를 계속 바꿔가며 최적의 pH를 찾아가며 chromatography를 수행함)

 

 

 

 

 

한편, salt ion의 농도를 서서히 높여갈 시 resin과 약하게 상호작용하는 녀석은 먼저 떨어져 나가고, 이후 salt ion의 농도를 점점 더 많이 높이게 되면 비로소 resin과 강하게 상호작용하는 녀석도 떨어져 나가게 됨.

 

 

 

 

다음으로, 위 그림에는 size exclusion chromatography의 모식도가 나타나 있음.

 

 

이 경우 resin과 mixture protein들의 interaction에 의해 protein을 분리하는 것이 아니라 protein의 size에 따라 분리하는 기법임.

 

이 경우 porous polymer resin을 사용함. 따라서 resin 중간중간에 작은 diameter의 구멍이 계속 뚫려 있고, 그러다 보니 작은 protein들은 이 구멍들을 통과하는 과정에서 속도가 지연되게 됨(다시말해 holding되게 됨). 결과적으로 큰 protein부터 작은 protein 순으로 분리 가능함.

 

 

참고로 void volume은 column 자체가 가지고 있는 빈 공간을 의미하고, residence time은 column을 통과해서 나오기까지의 체류시간을 의미함. 그 밖에 gel filtration chromatography는 SEC의 다른 이름임.

 

 

 

 

 

한편 위 그림에는 affinity column chromatography가 나타나 있음.

 

 

 

이 경우 A가 B와 상호작용함이 알려져 있을 시 B를 resin 표면에 붙이게 됨. 그럴 시 mixture 중 A만 resin에 달라붙고 나머지 protein들은 아래로 쭉 빠져나가게 됨. 이후 high salt를 흘려보내 줄 시 ligand-protein interaction이 깨져서 원하는 protein A를 따로 collect할 수 있게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 단백질 전기영동(electrophoresis)에 대해 알아보자.