salting in과 salting out의 용어 정의

생화학에서 말하는 염해(salting in) 염석(salting out) 개념은 대부분 단백질의 용해도와 관련되어 설명하게 됩니다.

 

염(salt)은 단백질의 용해도에 큰 영향을 미칩니다. 단백질의 용해도에 미치는 염의 영향력은 그 염의 양이온 혹은 음이온의 전하수와 그 염의 농도에 의해 결정되는 이온 강도에 따라 좌우됩니다.

 

비교적 낮은 농도의 염은 단백질의 용해도를 증가시킵니다.

이를 염해(salting in)라고 합니다. 

→ 단백질 분자는 낮은 이온세기의 수용액에서 이온들에 의해 둘러 싸이게 되며 단백질의 화학적 활성(chemical activity)이 감소하게 됩니다.  이렇게 되면 단백질 분자간의 전기적 결합(electrostatic interaction)이 감소하게 되며 용해도가 증가하게 됩니다.  

 

 염해(salting in) 효과는 단백질에 존재하는 이온화기들의 해리경향때문에 생기지만 만일 이온의 농도가 훨씬 더 증가히게 되면 단백질의 용해도는 오히려 감소하게 됩니다. 

 

다량의 염을 가하여 이온의 농도가 높아지면 단백질은 용액으로 부터 거의 완전히 해리되어 침전이 일어납니다.  이 현상을 염석(salting out)이라고 합니다.

→이온의 농도가 증가하게 되면 단백질 표면의 소수성 부분에 분포하고 있는 물분자를 이온들이 끌고하게 됩니다. 이렇게 되면 단백질 표면의 소수성 부분이 겉으로 노출되어지게 되고 단백질 간의 소수성 결합(hydrophobic force)에 의해 침전으로 떨어지게 됩니다.

 

소수성 부분을 단백질 내부에 존재하는 것이 아니냐 라고 생각하실 지도 모르겠습니다.

소수성 부분은 거의 단백질 내부 안쪽으로 존재하는 것이고 친수성 부분은 단백질 외부 표면에 존재한다는 것은 맞습니다. 그러나 이것은 상대적이 개념입니다. 

단백질 내부에는 상대적으로 소수성 부분이 많이 포진해 있고 외부에는 친수성 부분이 많이 포진해 있다는 개념으로 내부에도 친수성 부분이 있고 외부에도 소수성 부분이 존재하고 있습니다. 상대적으로 매우 적은 부분이 라는 것이지요.

 

salting out에 의해 침전이 일어나는 원리는 좀더 자세히 살펴보면 다음과 같이 말할 수 있습니다.

단백질 표면의 소수성 부분을 확대해 살펴보면 소수성 부분에 가까이 있는 물분자들이 얼음과 같이 질서정연하게 위치해 있는 모습을 볼 수 있습니다. 이를 frozen water이라 합니다. 염이 녹아 이온화 되면 주변의 물을 끌어 당겨 수소 결합을 형성함으로써 안정하려 합니다. 그런데 다량의 염이 이온화 되면 주변의 물이 충분치 않기 때문에 이 frozen water까지 끌고 가게 됩니다.  그럼 소수성 부분은 겉으로 노출되게 됩니다. 이렇게 되면 단백질 간의 소수성 결합이 일어나게 되고 침전되어 지게 됩니다