올리고 분자량 추정 계산기

올리고 분자량 추정 계산기 사용법

올리고 분자량 추정 계산기는 PCR 프라이머, qPCR 형광 프로브, 안티센스 올리고뉴클레오타이드(ASO), siRNA 등 인공 합성된 단일가닥 핵산 분자의 분자량(Molecular Weight, $M_w$)을 염기 조성 비율에 기반하여 정밀하게 추정하는 도구입니다.

• 핵산 종류 선택: 단일가닥 DNA(ssDNA) 또는 단일가닥 RNA(ssRNA)를 선택합니다.
• 염기 조성 입력: 올리고 서열 내 아데닌($A$), 티민($T$) 또는 우라실($U$), 구아닌($G$), 시토신($C$)의 총 개수를 입력합니다.
• 5’ 말단 수식 상태 선택: 일반적인 무수식 합성 올리고(기본 5’-OH 탈인산화)인지, 인산화 효소 처리나 인산기 부착 합성이 적용된 5’-인산기(5’-Phosphate) 형태인지 선택합니다.
• 실험적 활용: 산출된 분자량($g/\text{mol}$ 또는 $\text{Da}$)과 함께 1 µg당 피코몰($\text{pmol}$) 수치를 확인하여 PCR 프라이머 희석 스톡 제작, 효소 반응 몰비(Molar ratio) 계산, 전기영동 분자량 확인에 바로 활용할 수 있습니다.

계산 방법

올리고뉴클레오타이드 사슬 내부의 각 뉴클레오티드 단량체는 인산디에스테르 결합(Phosphodiester bond)을 형성하며 물 분자($\text{H}_2\text{O}$, 약 $18.015\,\text{g/mol}$) 하나를 소실한 탈수 축합 잔기(Anhydrous monophosphate residue) 형태로 결합합니다.

각 염기 잔기의 평균 분자량 상수는 다음과 같습니다.

• ssDNA 잔기 화학식량:
  • 아데닌($\text{dAMP}$ 잔기): $313.21\,\text{g/mol}$
  • 티민($\text{dTMP}$ 잔기): $304.20\,\text{g/mol}$
  • 구아닌($\text{dGMP}$ 잔기): $329.21\,\text{g/mol}$
  • 시토신($\text{dCMP}$ 잔기): $289.18\,\text{g/mol}$
• ssRNA 잔기 화학식량:
  • 아데닌($\text{AMP}$ 잔기): $329.21\,\text{g/mol}$
  • 우라실($\text{UMP}$ 잔기): $306.17\,\text{g/mol}$
  • 구아닌($\text{GMP}$ 잔기): $345.21\,\text{g/mol}$
  • 시토신($\text{CMP}$ 잔기): $305.18\,\text{g/mol}$

표준 비인산화 올리고는 5’ 말단에 인산기가 없는 수산화기($-\text{OH}$) 구조이므로 사슬 전체의 단량체 잔기 합계에서 $61.96\,\text{g/mol}$을 차감합니다. 반면 5’-인산기가 결합된 올리고는 단량체 잔기 합계에 수화수 질량인 $+18.02\,\text{g/mol}$을 가산합니다.

5’-인산기가 결합된 경우에는 표준 분자량에 인산기 잔기 질량($+79.98\,\text{g/mol}$)이 추가됩니다.

올리고의 GC 비율과 1 µg당 함유 몰수는 다음 공식으로 도출됩니다.

계산 예시

• 상황 1: 표준 20-mer ssDNA PCR 프라이머
  • 입력값: ssDNA, 아데닌 5개, 티민 5개, 구아닌 5개, 시토신 5개, 5’-OH 말단
  • 단량체 잔기 합산: (5 × 313.21) + (5 × 304.20) + (5 × 329.21) + (5 × 289.18) = 6,179.00 g/mol
  • 말단 수산화기 보정: 6,179.00 - 61.96 = 6,117.04 g/mol
  • 최종 결과: 약 6,117.0 g/mol (Da), GC 함량 50.0%, 1 µg당 약 163.5 pmol
• 상황 2: 21-mer siRNA 센스 가닥 (ssRNA)
  • 입력값: ssRNA, 아데닌 6개, 우라실 5개, 구아닌 5개, 시토신 5개, 5’-OH 말단
  • 단량체 잔기 합산: (6 × 329.21) + (5 × 306.17) + (5 × 345.21) + (5 × 305.18) = 6,758.06 g/mol
  • 말단 보정: 6,758.06 - 61.96 = 6,696.10 g/mol
  • 최종 결과: 약 6,696.1 g/mol (Da), GC 함량 47.6%, 1 µg당 약 149.3 pmol
• 상황 3: 5’ 말단 인산화 20-mer DNA 프라이머 (클로닝용)
  • 입력값: ssDNA, A 5개, T 5개, G 5개, C 5개, 5’-인산기 부착
  • 계산: 6,179.00 + 18.02 = 6,197.02 g/mol
  • 최종 결과: 약 6,197.0 g/mol (Da) (비인산화 대비 약 80 Da 증가)

사용 시 주의사항 및 활용 팁

• 수식기(Modifications) 질량 가산: 형광 물질(FAM: 약 $+537.5\,\text{g/mol}$, Cy3: 약 $+508.6\,\text{g/mol}$, Cy5: 약 $+534.7\,\text{g/mol}$)이나 바이오틴(Biotin: 약 $+376.5\,\text{g/mol}$), 6탄소 티올기(Thiol C6 S-S: 약 $+208.3\,\text{g/mol}$)가 결합된 기능성 프라이머/프로브는 해당 분자량을 추가로 더해주어야 합니다.
• 이중가닥 DNA(dsDNA) 계산법: 이중가닥 DNA의 분자량은 정방향 올리고 분자량과 역방향 상보 가닥의 분자량을 개별적으로 계산하여 단순 합산해야 정확합니다. 대략적인 추정 시에는 염기쌍(bp)당 평균 $650\,\text{g/mol}$을 곱하기도 합니다.
• 100 µM 스톡 용액 조제 공식: 튜브 라벨에 적힌 합성 수율($\text{nmol}$)에 10을 곱한 부피($\mu\text{L}$)의 완충액(1× TE Buffer, pH 8.0)을 주입하면 즉시 $100\,\mu\text{M}$ 농도의 스톡이 만들어집니다.
• 흡광도($\text{OD}_{260}$) 기반 농도 환산: 단일가닥 DNA는 $1\,\text{OD}_{260} \approx 33\,\mu\text{g/mL}$, 단일가닥 RNA는 $1\,\text{OD}_{260} \approx 40\,\mu\text{g/mL}$을 기준으로 농도를 신속히 추정할 수 있습니다.
• 올리고 보관 수칙: 올리고뉴클레오타이드는 Nuclease-free water 또는 1× TE 완충액에 녹인 후 소량 분주(Aliquot)하여 $-20^\circ\text{C}$ 이하 냉동고에 보관하고, 반복적인 동결-해동(Freeze-thaw)을 피해야 분해를 방지할 수 있습니다.