아가로스 겔 전기영동법에서 DNA 이동속도에 영향을 주는 요인

아기로스 겔(agarose gel)은 해상도는 낮으나 아주 넓은 범위(200 bp～50 kb)의 DNA나 RNA 시료를 간편하게 분리할 수 있기 때문에 가장 흔히 사용된다. 겔로 사용되는 아가로스는 해초에서 추출되는 물질로서 선형 중합체의 형태를 띤다. 아가로스를 적당한 완충용액에 녹여서 원하는 크기의 틀에 부어서 겔이 굳은 후에 사용할 수 있는데, 그 밀도는 아가로스의 농도에 따라 정해진다.

전기장 안에서 음전하를 띠는 DNA가 양극으로 이동하는 데 일반적으로 DNA의 크기와 전기장에서의 이동성(mobility)은 로그함수로 반비례한다. 왜냐하면 큰 분자는 작은 분자보다 겔의 구멍을 지나가기 어렵기 때문이다. 같은 크기의 DNA 분자라도 아가로스의 농도가 커지면 아가로스 겔의 그물구조(network structure)가 촘촘해지기 때문에 이동속도가 작아진다. 따라서 아가로스의 농도에 따라 DNA의 분리범위가 다르다. 아가로스 의 농도가 0.3 %(w/v)로 낮을 때는 5～60 kb의 비교적 큰 DNA를 분리하며, 아가로스 농도가 2.0 % (w/v)로 높을 때는 0.1～2 kb의 작은 DNA 를 분리한다.

즉, 동일한 전기장 내에서 DNA 조각은 아가로스의 농도에 따라 속도가 달라지는데, 아가로스의 농도가 높을수록 DNA 조각은 느리게 이동한다. 이것이 아가로스 겔이 DNA를 분리할 수 있게 해주는 중요한 이유다. 또한, 아가로스의 농도가 높아질수록 아가로스 겔의 그물구조는 더 촘촘해진다. 큰 DNA 조각에 비해 작은 DNA 조각은 아가로스가 좀 더 촘촘해야 분리될 수 있다. 아가로스 겔은 실들이 얽혀 있는 형태의 그물 구조를 가지며, 체와 같은 역활을 한다. 다양한 DNA 조각이 포함된 시료를 음전극 쪽에 넣으면 전기영동 현상에 따라 DNA 조각은 양전극 쪽으로 이동한다. 이때 DNA 조각의 길이가 짧을수록 양전극에 가까운 위치에서 검출된다.

같은 분자량의 DNA라도 형태에 따라 이동속도가 다르다. 0.1～0.5 mg / mL의 EtBr (ethidium bromide) 존재하의 아가로스 겔에서 초나선 환상형(supercoiling circular) DNA는 열린 환상형(nicked circular) DNA 나선형(linear) DNA보다 빨리 이동한다. 즉, 길이가 같은 DNA 조각이라도 DNA의 모양에 따라 아가로스 겔 상에서 다른 속도를 보인다는 말이다.

전기장에서 DNA의 이동성은 완충용액의 이온 강도(=농도)와 조성에 영향을 받는다. 이온 강도가 너무 낮으면 DNA 이동이 너무 느리고, 이온 강도가 너무 높으면 열이 발생하여 심한 경우 겔이 녹거나 DNA의 구조가 변형 된다. 또한 부하되는 전압이 높을수록 DNA 조각의 이동속도가 빠르게 나타난다.

전기영동은 분자량 결정을 비롯하여 등전점이나 순도 결정, 각 성분의 정량, 정제 등에 이용되고 있다. 또한 단백질이나 핵산의 주된 분리 분석법으로 활용되고 있다.

* 등전점 : 양성 전해질 용액에서 동일한 원소가 염기와 산으로 해리된 경우, 두 전리도가 같아지는 떄의 수소 이온 농도의 수치

* 전리도 : 전해질용액 속에서, 용질 중 이온으로 분리된(해리) 것의 비율. 해리되기 이전의 전해질분자의 수를 N, 해리한 분자수를 n으로 하면, α=n/N

* 전해질 : 물 등의 용매에 녹아서 이온으로 해리되어 전류를 흐르게 하는 물질