전기영동이란.

전기장 내에서 용액 속의 하전된 물질들이 반대 전하의 전극을 향해 이동하는 현상.

용기 안에 물 또는 기타 액체를 넣고 그 속에 그것과 혼합되지 않는 다른 액 또는 고체의 미립자, 액체의 기포 등을 부유시킨다. 그리고 전극을 삽입하여 직류 전압을 인가하면 액 속의 입자는 대전함과 동시에 전극에 이끌려 액 속을 이동한다. 물질에 따라 대전 극성이 다르고, 따라서 영동하는 전극도 음극을 향하는 것과 양극을 향하는 것이 있다.

이때 하전된 물질의 전하량, 크기, 모양, 용액의 pH, 지지체의 종류 등에 따라 이동하는 속도는 달라진다. 생물학에서 전기영동은 DNA, RNA 및 단백질과 같은 생체고분자물질을 분석, 분리 및 정제하는데 쓰이는 방법 중의 하나이다.

겔전기영동

겔은 콜로이드(colloid) 용액이 굳어진 상태를 말하는 것이다. 전기영동이란 말은 전기적인 힘에 의해 전하를 띤 입자가 이동하는 것을 가리키는 표현이다. 따라서 겔전기영동은 전류를 흘려주어서 전하를 가진 입자가 겔 내부에서 이동하여 분리되도록 하는 기술이다. DNA나 RNA의 경우 주로 아가로즈(agarose)를 사용하고, 단백질의 경우 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 등을 굳혀서 겔을 만든다. 구조나 크기 등 입자의 성질에 따라서 겔을 통과하여 이동하는 속도가 달라지게 된다.

겔에 홈을 만들어 DNA나 RNA, 단백질 등의 분자를 집어넣고 전류를 흘려주면 음전하를 띤 이들 분자들은 전기적인 힘에 의해 겔 안에서 이동하게 된다. 같은 크기를 가진 분자들은 하나의 집단을 형성하여 움직이게 되는데 만약 수조개의 동일한 분자들을 전기영동하였다면 겔을 염색하였을 때 이것이 하나의 띠 모양으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 작은 분자는 큰 분자에 비해 빠른 속도로 이동하기 때문에 결과적으로 서로 다른 크기의 분자들은 겔 상에서 서로 다른 위치에서 띠 모양을 나타내게 된다. 각각의 띠를 이루고 있는 분자들의 크기는 이미 크기를 알고 있는 분자들을 나란하게 전기영동하여 겔 상에 나타난 띠의 상대적인 위치를 비교함으로써 그 크기를 측정할 수 있다.

전기영동은 이와 같은 원리를 이용하여 분자량 결정을 비롯하여 등전점이나 순도결정, 각 성분의 정량, 정제 등에 이용되고 있으며, 단백질이나 핵산의 주된 분리분석법이 되고 있다.

아가로스 겔

한천에서 유래된 나선형의 아가로오스(agarose) 분자가 여러 번 꼬여있는 형태로 뭉쳐서 겔 형태로 굳어 있으며, 생체 분자가 통과할 수 있는 통로와 구멍이 있는 입체적 구조이다. 이러한 고체 형태의 3차원 구조는 수소결합을 통해 이루어지며, 열에 의해 다시 액체 형태로 돌아간다. 녹는점은 겔이 형성되는 조건에 따라 조금씩 다르지만 대부분 85~95°C에서 이루어지며, 고체가 되는 온도는 35~42°C 사이이다.

아가로스 겔은 내부의 크고 작은 구멍들이 있고 유연하면서 단단한 구조를 이루고 있기 때문에, DNA나 단백질과 같은 큰 분자들이 전기영동을 통해 이동하는 데에 유용하다. 구멍의 크기는 아가로스 겔의 농도에 따라 조절될 수 있다. 1% 농도의 아가로스 겔은 약 100~500nm의 구멍 크기를 가지게 된다. 아가로스 겔은 약 0.15% 정도까지 희석되어 만들어질 수 있는데, 이렇게 낮은 농도의 겔(0.1~0.2%)은 단단하지 못해 찢어지기 쉽고 다루기가 매우 까다롭다.

아가로스 분자에는 파이루빅산염(pyruvate)과 황산염(sulfate)과 같은 음전하를 띠는 그룹이 존재한다. 이러한 음전하를 띤 그룹은 전기영동이 진행되면서 DNA의 움직임과 반대 방향으로 움직이게 되고, DNA의 이동을 방해하여 겔에 머무르게 한다. 만약 겔 농도가 너무 높다면 DNA의 이동이 잘 이루어지지 않아 크기별 DNA 분리가 잘 이루어질 수 없게 된다. 따라서 DNA 분리 시에는 농도가 낮은 아가로스 겔을 사용하는 것이 적합하다.

DNA 전기영동

증폭 산물에서 유전자형을 결정하기 위해서는 전기영동을 해야 한다. 전기영동은 증폭된 산물을 크기별로 분리하는 실험으로 증폭 산물을 음전극 쪽에 놓고 반대편을 양전극으로 하여 전류를 흘려주면 음전하를 띠고 있는 DNA분자가 양전극 쪽으로 끌려가게 된다. DNA는 겔을 통해 이동하는데 겔은 미세한 분자적 구멍이 있는 반고체 상태의 물질로 증폭 산물의 크기에 따라 이동 속도가 다르기 때문에 크기별로 분리할 수 있는 것이다. 즉, 크기가 작은 것은 비교적 쉽게 양전극으로 빠져나갈 수 있으나 큰 것은 작은 것에 비해 느린 속도로 빠져나가게 된다. 이렇게 움직이는 속도를 이미 알고 있는 크기의 DNA와 비교하여 실제로 시료에서 증폭된 산물의 크기를 측정할 수 있게 되는 것이다. 이러한 것은 양전극 끝에 있는 레이저를 통하여 검출되게 된다. 검출된 데이터는 분석 프로그램으로 전송되고 프로그램 안에서 표준 대립유전자 래더 및 표준 DNA와 비교하여 유전자형을 결정한다. 미토콘드리아 DNA의 경우는 각각의 염기서열을 모두 결정하며 표준 염기서열과 비교하여 변이된 부분을 표시한다.