8강 / 20강

SDS-PAGE — 전하를 균일하게 만들어 크기로만 가른다

웨스턴블롯이 서 있는 전제

단백질을 크기로 가르려면 문제가 하나 있습니다. 단백질마다 원래 전하가 다릅니다. 어떤 것은 +, 어떤 것은 −. 그대로 전기를 걸면 크기가 아니라 전하로 갈려요.

SDS 가 그 문제를 없앱니다 — /chem 11강에서 본 그 일입니다.

SDS 가 하는 두 가지

① 접힘을 무너뜨린다

소수성 꼬리가 단백질 속으로 파고들어 폅니다. 모양이 사라지니 크기만 남아요.

② 전하를 덮는다

아미노산 두 개당 SDS 하나 꼴로 붙습니다. 그래서 전하/질량이 어느 단백질이나 같아집니다.

이제 남은 변수는 크기뿐. 겔의 그물을 헤치고 나가는 속도가 크기로 정해집니다.

고등학생SDS가 하는 두 가지 일

하는 일	결과
단백질을 풀어헤침	모양이 사라지고 일자 사슬이 됨
음전하를 균일하게 입힘	대략 아미노산 2개당 SDS 1개

두 가지가 합쳐지면, 모든 단백질이 길이에 비례하는 음전하를 가진 일자 사슬이 됩니다. 그러면 전기장에서의 속도가 크기에만 좌우돼요.

모양과 전하를 지워 크기만 남깁니다 — 그것이 SDS-PAGE의 전제입니다.

위쪽이 큰 단백질입니다. 간격이 <b>일정하지 않은</b> 것을 보세요 — 로그 눈금이라서요.

Python 브라우저에서 실행

# 왜 로그 눈금인가 — 이동거리와 분자량
import numpy as np, matplotlib.pyplot as plt

표준 = {"250": 250, "150": 150, "100": 100, "75": 75, "50": 50, "37": 37, "25": 25, "20": 20}
kDa = np.array(list(표준.values()), float)
# 겔에서 이동거리는 log(MW) 에 대략 반비례한다
이동 = 1.0 - (np.log10(kDa) - np.log10(20)) / (np.log10(250) - np.log10(20))

fig, ax = plt.subplots(figsize=(4.4, 5))
ax.scatter([0.5] * len(kDa), 이동, s=280, marker="_", linewidths=3)
for k, y in zip(kDa, 이동):
    ax.text(0.62, y, f"{k:.0f} kDa", va="center", fontsize=9)
ax.set_xlim(0.3, 1.1); ax.set_ylim(-0.05, 1.05)
ax.set_ylabel("migration (top → bottom)")
ax.set_xticks([]); ax.invert_yaxis()
plt.show()

고등학생젤이 체 역할을 한다

폴리아크릴아마이드 젤은 그물 같은 구조입니다. 작은 분자는 쉽게 빠져나가고 큰 분자는 걸려요.

젤 농도	그물 크기	잘 나누는 범위
낮음 (8%)	큼	큰 단백질
중간 (10%)	중간	범용
높음 (15%)	작음	작은 단백질

보려는 단백질의 크기에 맞춰 젤 농도를 고릅니다 — 안 맞으면 띠가 안 갈립니다.

인산기 하나는 무게로는 80 Da — 88 kDa 짜리에서는 <b>눈에 안 띕니다.</b>

Python 브라우저에서 실행

# 논문이 본 단백질들은 어디쯤에 뜨나 (대략적인 분자량 · 교과서 값)
단백질 = [("STAT3", 88), ("p-STAT3", 88), ("JAK1", 133), ("JAK2", 130),
          ("CD47", 50), ("CD38", 45), ("p65", 65), ("cMYC", 57), ("GAPDH", 37)]

print(f"{'단백질':10}{'kDa':>6}   겔에서의 자리")
for 이름, mw in sorted(단백질, key=lambda x: -x[1]):
    자리 = "맨 위" if mw > 120 else "위" if mw > 70 else "가운데" if mw > 45 else "아래"
    print(f"{이름:10}{mw:>6}   {자리}")
print()
print("p-STAT3 와 STAT3 는 크기가 같다 — 같은 자리에 뜬다.")
print("그래서 같은 막을 벗겨(strip) 다시 찍거나, 막을 두 장 쓴다.")

고등학생SDS-PAGE가 서 있는 전제

이 방법이 작동하려면 몇 가지가 참이어야 합니다.

전제	깨지는 경우
SDS가 균일하게 붙는다	당단백질·매우 산성인 단백질
단백질이 완전히 풀린다	막단백질은 잘 안 풀림
이동 거리가 크기에만 의존	변형(인산화·당화)이 있으면 어긋남

그래서 겉보기 크기가 예상과 다르게 나오는 일이 흔합니다.

인산화된 단백질은 조금 더 크게 보이고, 당이 많이 붙은 단백질은 훨씬 크게 보여요. 띠 위치가 예상과 다르다고 잘못된 것은 아닙니다.

🤔 확인 문제

SDS-PAGE 에서 단백질이 크기로만 갈리는 이유는?