Elektroforéza je „silná a levná technika molekulární separace“, jak uvedl Dr. William H. Heidcamp, v příručce Laboratoř buněčné biologie. Existují různé důvody pro provádění elektroforézy, včetně neinvazivní vazby na molekuly a vizualizace separace molekul. Celkově je cílem elektroforézy poskytnout přesný způsob analýzy látek, jako je vaše krev a DNA (kyselina deoxyribonukleová), které je obtížné oddělit pomocí konvenčních metod.
Definice
Elektroforéza je empirická technika používaná při separaci nabitých molekul (pozitivních a negativních), jako jsou buňky a proteiny, podle jejich odezvy na elektrický proud.
Na elektroforézu má vliv několik faktorů, včetně čistého náboje, hmotnosti molekuly, pufru a elektroforetického média, jako je papír nebo gel. Při elektroforéze se molekuly pohybují směrem k opačnému náboji; například protein s kladným čistým nábojem se pohybuje směrem k negativní straně elektroforetického média. Kromě toho se molekuly s menší hmotností pohybují rychleji nebo se oddělují rychleji než molekuly s větší hmotou.
Dějiny
V roce 1937 vyvinul švédský vědec Arne Tiselius aparát pro měření pohybu molekul bílkovin zvaný Moving Boundary aparát. Jedná se o zařízení ve tvaru písmene U, které používá vodné médium k oddělení molekul bílkovin.
V roce 1940 byla zavedena zónová elektroforéza, která využívá pevné médium (např. Gel) a umožňuje barvení pro lepší rozlišení nebo vizualizaci separace molekul.
V roce 1960 byla vyvinuta kapilární elektroforéza, která poskytuje univerzální techniku elektroforézy. Tento typ elektroforézy umožňuje separaci molekul pomocí vodného a pevného média.
Vazba molekul
Elektroforéza pomocí médií záměrně interaguje s molekulami neinvazivním způsobem. Například gelová média se vážou na molekuly proteinu, aniž by narušila strukturu a funkci proteinu. Po navázání na molekuly je zahájen pohyb nebo separace pomocí elektrického proudu. Dále je také možné získat molekuly navázané na médium po elektroforéze.
Separace s vysokým rozlišením
Elektroforéza je navržena tak, aby vizualizovala separaci molekul. Toho je dosaženo různými metodami, včetně barvení a autoradiografie.
Autoradiografie používá rentgenové filmy k vizualizaci polohy radioaktivních molekul (např. DNA) po separaci. Tento typ vizualizace je srovnatelný s pořizováním snímků, kde rentgen je jako blesk fotoaparátu a rentgenový film je jako film používaný při vytváření černobílých fotografií. Při elektroforéze jsou fotografie molekul, jako jsou proteiny ve vaší krvi, vytvářeny pomocí autoradiografie.
Při barvení se barviva, jako je coomassie blue a amido black, mísí s molekulami před nebo po separačním procesu. Například smícháním proteinů s barvivem coomasie před elektroforézou získáte obarvené cesty (malé tečky nebo čáry) ukazující pohyb proteinu během separace.
Kvantitativní analýza
Dalším účelem elektroforézy je získat kvantitativní informace po vizualizaci separace molekul. Za účelem získání kvantitativních dat například software pro analýzu obrazu (software pro 2D a 3D vykreslování) zaznamenává výsledky elektroforézy jako digitální signály. Tyto signály představují polohu molekul před a po elektroforéze a poté se používají pro kvantitativní analýzu „in silico“ (s použitím počítače).