용해 (생물학)
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1. 개요
용해 (생물학)는 세포의 파괴를 의미하는 생물학적 현상으로, 세포용해, 종양용해, 원형질분리, 면역 반응 등 다양한 맥락에서 사용된다. 세포용해는 삼투압 불균형으로 인한 물의 과도한 유입으로 세포가 파괴되는 현상이며, 종양용해는 종양 세포의 파괴를, 원형질분리는 삼투 현상으로 인해 식물 세포 내 물이 빠져나가 세포막이 세포벽으로부터 분리되는 현상을 나타낸다. 면역 반응에서는 병원체 용해 시 자유 라디칼 방출이 일어난다. 세포용해 방법으로는 화학적, 음향적, 기계적, 효소적 방법이 있으며, 생명공학 연구 및 실험에서 단백질, 지질, 핵산 분석, 단백질 정제, DNA/RNA 추출 등에 활용된다.
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| 용해 (생물학) | |
|---|---|
| 용해(Lysis) | |
| 정의 | 세포막의 파괴 |
| 어원 | 그리스어 "λῠ́σῐς" (lýsis, 분해) |
| 관련 용어 | 용해물(lysate) |
| 설명 | |
| 과정 | 세포막이 파괴되어 세포 내용물이 방출되는 현상 |
| 원인 | 바이러스 감염 세균 감염 삼투압 변화 물리적/화학적 요인 |
| 바이러스 | 일부 바이러스는 용해를 통해 숙주 세포에서 빠져나옴 |
| 용해 효소 | 라이소자임(Lysozyme): 세균 세포벽을 분해하는 효소 파지 용해 효소(Bacteriophage lytic enzyme): 특정 세균을 용해하는 효소 |
| 응용 | 항생제 개발 연구 생명공학 연구 식품 보존 분자생물학 연구 |
| 추가 설명 | 용해는 세포의 파괴를 의미하며, 이는 생물학적 과정에서 중요한 역할을 함. |
2. 세포용해
세포용해는 세포막이 손상되어 세포 내부 물질이 유출되는 현상이다.[1] 삼투압 불균형으로 인해 과도한 물이 세포 내로 들어와 세포가 터지면서 발생한다. 식물 세포는 삼투압 또는 팽압에 견딜 수 있는 단단한 세포벽을 가지고 있기 때문에 정상적인 조건에서는 세포용해가 일어나지 않지만, 세포벽이 존재하지 않을 경우에는 세포용해가 일어날 수 있다.
2. 1. 삼투압에 의한 세포용해
삼투압 불균형으로 인해 과도한 물이 세포 내로 들어와 세포가 터지는 현상이다.[1]짚신벌레의 수축포와 같이, 세포 밖으로 물을 빠르게 퍼내는 여러 메커니즘을 통해 세포용해를 예방할 수 있다.[1] 식물 세포는 삼투압 또는 팽압에 견딜 수 있는 단단한 세포벽을 가지고 있기 때문에, 일반적인 조건에서는 세포용해가 잘 일어나지 않지만, 세포벽이 손상된 경우에는 세포용해가 발생할 수 있다.[1]
3. 종양용해
종양용해는 종양 세포 또는 종양의 파괴를 가리킨다.
이 용어는 부종의 감소를 나타내는 데에도 사용된다.[16]
4. 원형질분리
원형질분리는 삼투 현상으로 인해 식물 세포 내의 물이 빠져나가면서 발생하는 수축 현상이다. 고장액 환경에서는 세포막이 세포벽으로부터 분리되고 액포가 붕괴된다. 삼투로 인한 물의 흐름으로 세포막의 수축이 멈추지 않으면 세포는 결국 시들고 죽게 된다.[17]
5. 면역 반응
적혈구의 헤모글로빈이 병원체에 의해 용해될 때 자유 라디칼을 방출하여 병원체를 공격하는 면역 반응이 일어날 수 있다. 자유 라디칼은 병원체를 손상시키는 기작 중 하나이다.[18][19]
6. 세포용해 방법
세포용해는 실험실에서 세포를 파괴하고 그 내용물을 정제하거나 추가로 연구하는 데 사용된다. 실험실에서 용해는 효소나 세제, 카오트로픽 시약의 영향을 받을 수 있다. 반복적인 동결 및 해동, 음파처리, 압력, 여과에 의한 세포막의 기계적 파괴도 용해라고 한다. 많은 실험은 용해 방법 선택에 민감하다. 단백질, DNA 같은 민감한 거대 분자를 변성시키거나 분해시키는 기계적 전단력을 피하고, 다양한 유형의 세제는 다른 결과를 낼 수 있다. 용해 직후, 추가 추출 단계 전의 처리되지 않은 용액은 '''조용해물'''(crude lysate영어)이라고 한다.[20][21]
용해는 단백질, 지질, 핵산의 조성을 개별적으로 또는 복합체로 분석하기 위해 웨스턴 블롯, 서던 블롯에 사용된다. 사용된 세제에 따라 막의 일부 또는 전부가 용해된다. 세포막만 용해되는 경우 분별 원심분리를 사용하여 특정 세포소기관을 분리할 수 있다. 용해는 단백질 정제, DNA 추출, RNA 추출에도 사용된다.[20][21]
6. 1. 화학적 용해
화학적 용해는 세제나 카오트로픽 시약과 같은 화학 물질을 사용하여 표적 세포의 막에 존재하는 단백질과 지질을 화학적으로 분해하거나 가용화하여 세포를 파괴하는 방법이다.[22][10] 일반적인 용해 완충액에는 수산화 나트륨(NaOH)과 도데실 황산 나트륨(SDS)이 포함되어 있다. 세포 용해는 pH 11.5–12.5 범위에서 가장 잘 수행된다. 간단하지만, 6시간에서 12시간이 걸리는 느린 과정이다.[11]6. 2. 음향적 용해
초음파를 이용하여 고압 및 저압 영역을 생성하고, 이로 인한 공동현상을 통해 세포를 파괴하는 방법이다. 비교적 깨끗한 결과를 얻을 수 있지만, 비용 효율성이 낮고 일관성이 떨어진다는 단점이 있다.[23]6. 3. 기계적 용해
물리적인 힘을 가하여 세포막을 파괴하는 방법으로, 세포막을 관통하거나 절단하는 방식으로 이루어진다.[24]6. 4. 효소적 용해
리소자임이나 프로테아제와 같은 효소를 사용하여 세포막을 분해하는 방법이다.[12]7. 활용
세포용해는 다양한 생명공학 연구 및 실험에 활용된다. 웨스턴 블롯, 서던 블롯과 같은 실험에서 특정 단백질, 지질, 핵산을 분석하기 위해 사용된다.[20][21] 사용된 세제에 따라 모든 막 또는 일부 막이 용해된다. 예를 들어 세포막만 용해되는 경우 분별 원심분리 또는 밀도 기울기 원심 분리를 사용하여 특정 세포소기관을 분리할 수 있다.[20][21] 세포용해는 단백질 정제, DNA 추출, RNA 추출에도 사용된다.[20][21] 실험 목적에 따라 적절한 세포용해 방법을 선택하는 것이 중요하다.
참조
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