●정의와 원리
전기영동(電氣泳動, electrophoresis)이란 전하(電荷)를 띤 물질, 즉 하전입자들에 직류 전압을 가해주면 정(+)의 입자는 음극(cathode)으로 부(-)의 입자는 양극(anode)으로 이동한다. 또한 같은 방향으로 이동하는 하전입자 사이에서도 이동속도가 다른 성분은 점차로 분리되어 간다.
음전하와 양전하를 다 지닐 수 있는 양성전해질(ampholyte)은 용질의 등전점(Isoelectric point)보다 산성인 용매에 있으면 양전하를 띠게 되어 음극(cathode)쪽으로 이동하고, 반대조건에 있으면 양극(anode) 쪽으로 이동한다.
등전점이란 양전하와 음전하가 같게 되는 용매의 pH를 말하며, 몇가지 주요 단백의 등전점으로 albumin : 4.7, alpha-2-macroglobulin : 5.9, haptoglobin : 6.1, gamma globulin : 7.2 등이다. 여러 가지의 등전점을 갖는 양성전해질의 혼합액을 지지체로 하여 단백질을 전기영동하면 단백질은 등전점의 pH 부위에 달하면 이동하지 않게 된다. 즉, 등전점의 차이에 따라 분리되고 또한 농축된다.
전기영동에 필요한 세가지 성분은 하전입자(charged particle), 전장(electric field), 이동이 일어날 수 있는 지지체(medium)이다. 물질의 이동속도는 분자의 전하(net electric charge), 분자의 크기와 모양, 전장의 세기(electric field strength), 지지체(supporting medium)의 특성, 그리고 작동온도 등 여러 인자들에 의하여 좌우된다. 지지체로서 겔을 사용하는 전기영동을 겔전기영동이라고 하는데 일반적으로 polyacrylamide, agarose gel이 많이 사용된다. 겔에는 대류방지, 시료의 보호, 분자체 유지 기능이 있다. 또한 방열효과가 높기 때문에 분리가 좋고 겔을 염색하여 건조보존 할 수도 있다. Cellurose acetate membrane도 사용하기 편리하고, 값싸고, 상품화 되어있어 임상검사실에서 많이 사용된다.
●전기영동의 이용
1) 단백 전기영동(Protein EP) – 혈청, 요, 뇌척수액 : monoclonal gammopathy,
oligoclonal band, 신증후군 등
2) 지단백 전기영동(Lipoprotein EP) : 고지단백증
3) 동위효소 전기영동(Isoenzymes EP) – LD, CK, ALP : 심근경색, 간질환, 종양
4) 혈색소 전기영동(Hemoglobin EP) : hemoglobinopathy (e.g. thalassemia, sickle cell disease 등)
5) 면역 전기영동, 면역고정(Immunoelectrophoresis, Immunofixation) : typing of monoclonal band
Figure. 2. Positions of major serum proteins in a normal person using electrophoresis in agarose. Individual proteins separate according to their electrical charge between the anode (positive pole) and the cathode (negative pole).
Figure 3. Plasma protein electrophoresis pattern in agarose gel is composed of five fractions, each composed of many individual species. Some of the major proteins are shown here in an artist’s rendition for clarity.
α1Ac, α1-Antichymotrypsin; α1Ag, α1-acid glycoprotein; α1At, α1-antitrypsin; α2-M, α2-macroglobulin; α-Lp, α-lipoprotein; Alb, albumin; AT3, antithrombin III; β-Lp, β-lipoprotein; complement components C1q, C1r, C1s, C3, C4, C5, as designated; C1Inh, C1 esterase inhibitor; Cer, Cerulosplasmin; CRP, C-reactive protein; Gc, Gc-globulin (vitamin D–binding protein); FB, factor B; Fibr, fibrinogen; Hpt, haptoglobin; Hpx, hemopexin; immunoglobulins IgA, IgD, IgE, IgG, IgM, as designated; IαTI, Inter-α-trypsin inhibitor; Pl, plasminogen; Pre A, prealbumin; Tf, transferrin.
Figure 4. Serum protein electrophoresis: clinicopathalogic correlations.
Figure 5. Serum protein patterns in
(1) chronic inflammation with decreased albumin and increased γ-globulins;
(2) acute inflammation with increased α2-fraction (haptoglobin)
and decreased C3 due to activation and consumption of complement;
(3) inanition post–spinal cord injury with hypoproteinemia of several fractions.
Figure 6. Patterns of urine protein electrophoresis in different disorders.
(1) Severe glomerular proteinuria with a major band of albumin plus a secondary one of transferrin (*).
(2) Trace proteinuria with a faint band of albumin and other diffuse proteins.
(3) Immunoglobulin light chains (*).
(4) Tubular proteinuria with multiple bands that do not correspond to major serum proteins.
(5) Hematuria with a major band of hemoglobin
Figure 7. Serum and urine protein electrophoretic patterns in a patient with multiple myeloma. Serum demonstrates a predominance of the larger complete immunoglobulin; the urine has a large amount of the smaller-sized light chains with only a small amount of the whole immunoglobulin.
참고문헌 Henry’s Clinical Diagnosis and Management by Laboratory Methods, 22nd ed.
By Richard A. McPherson, MD and Matthew R. Pincus, MD, PhD (2012)