개념 한 쪽
발효액이나 시료로부터 목표 단백질이나 생성물을 얻기 위해서는 먼저 불용성 고형물을 제거하고, 이후 농축·정제 단계를 수행한다는 흐름을 기억한다. 침전법, 추출, 결정화 등 각 단위조작은 목적과 원리에 따라 선택하고 운전 조건을 조절해야 한다는 점에 유의한다.
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출제기준 단원 「시료농축」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정제 전처리 단계 판단 | 1 | 발효액 처리 순서에서 먼저 수행할 작업을 가리기 |
| 추출 장비 식별 | 1 | 액체-액체 추출에 적합한 실험장비를 고르기 |
| 분리 원리 구분 | 1 | 특정 분리법이 크기 기반인지 용해도 기반인지 구별하기 |
시료농축 과정의 출발점은 발효액 내의 불용성 고형물과 세포 잔사의 제거이다. 고형물을 먼저 제거하지 않으면 후속 여과나 크로마토그래피에서 장비가 막히거나 정제 효율이 떨어지므로, 전처리로서 고형물 분리는 반드시 선행한다.
단백질 침전법은 여러 방법이 있으며 각 방법의 작동 원리와 단점을 이해해야 한다. 암모늄설페이트나 PEG를 이용하는 염석과 친수성 용매 변화에 의한 침전은 비교적 변성을 일으키지 않고 단백질을 농축할 수 있다. 반면 트리클로로아세트산(TCA) 같은 강한 산성 침전제는 단백질을 침전시키지만 동시에 구조를 변성시키므로 변성 여부가 문제될 때 사용을 피해야 한다.
추출은 두 액체 상 사이의 분배계수 차이를 이용하는 분리법이다. 액체-액체 추출을 수행할 때 사용하는 기본 장비는 분액깔대기이며, 이 장비는 밀도 차에 의해 층을 형성한 뒤 하층을 배출하는 구조를 가진다. 추출은 물질의 크기보다 용해도나 분배 특성에 의해 분리가 결정된다는 점을 구별해야 한다.
결정화는 고도로 정제된 생성물의 마지막 단계로 주로 사용한다. 결정화는 고농도에서 운전할 때 효율이 높고 단위비용이 낮아지며, 저농도 운전은 단위비용을 높이고 분리인자를 낮추는 경향이 있다. 따라서 최종 순도와 경제성을 고려해 결정화 조건을 설계해야 한다.
크로마토그래피 등의 분리법은 분리 원리에 따라 분류한다. 예컨대 소수성 상호작용을 이용하는 분리는 역상 크로마토그래피가 해당하며, 젤 투과는 크기 배제 원리를 이용한다. 각 방법의 핵심 키워드를 연결하여 문제를 빠르게 판별하는 습관을 들인다.
정제 공정 순서를 묻는 문제에서 발효액으로부터 효소를 얻는 절차를 고를 때, 고형물 제거 → 농축 → 정제 → 건조 흐름을 기억한다면 정답을 바로 선택할 수 있다. 침전법 관련 문항에서는 TCA와 같은 강산성 침전제가 단백질 변성을 유발한다는 사실이 흔한 함정이라는 점을 주의한다. 추출 관련 문항에서는 장비 선택 문제가 자주 출제되므로 '추출 = 분액깔대기' 연결을 습득하면 실수가 줄어든다.
발효액으로부터 효소를 분리하고 정제하는데 수반되는 주요 단계 중 맨 처음에 수행하여야 할 단계는?
정답 ① · 문항은 효소 정제 공정에서 가장 먼저 수행해야 할 주요 단계를 묻고 있다. 발효액을 그대로 정제하면 큰 고형물이나 세포 잔사로 인해 후속 장비가 막히거나 성능이 저하되므로 먼저 세포와 불용성 입자 등 고체를 제거하는 전처리를 수행한다.
효소 정제 전처리 단계는 불용성 고형물 및 세포 잔사를 먼저 제거하는 것이다.
다음 실험장비 중 추출실험장치는?
정답 ② · 문항은 추출 실험장치를 고르는 문제이다. 액체-액체 추출에서 서로 섞이지 않는 두 액체의 층을 분리하고 하층을 배출하는 장비가 분액깔대기이며, 밀도 차이를 이용한 분리가 핵심 기능이다.
두 액체의 밀도 차이를 이용해 성분을 분리하는 추출 실험장비는 분액깔대기이다.
다음 중 분리에 영향을 미치는 주요인자가 물질의 크기(size)가 아 닌 것은?
정답 ④ · 문제는 분리법들 중에서 분리 원리가 물질의 크기가 아닌 것을 고르는 것이다. 한외여과와 젤 크로마토그래피는 분자 크기 차이를 기반으로 하고 역삼투도 물질의 크기·크기 유사성에 따라 투과가 제한되므로 크기 기반 분리에 해당한다.
분리 원리는 크기, 전하, 용해도 등인데, 추출은 분배계수 차이를 이용하므로 크기 분리가 아니다.
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