Elektrophorese ist eine „leistungsstarke und kostengünstige molekulare Trenntechnik“, wie von Dr. William H. Heidcamp, im Laborhandbuch für Zellbiologie. Es gibt verschiedene Gründe für die Durchführung der Elektrophorese, einschließlich der nicht-invasiven Bindung an Moleküle und der Visualisierung der Molekültrennung. Insgesamt zielt die Elektrophorese darauf ab, Substanzen wie Blut und DNA (Desoxyribonukleinsäure) genau zu analysieren, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu trennen sind.
Definition
Elektrophorese ist eine empirische Technik, die bei der Trennung geladener Moleküle (positiv und negativ) wie Zellen und Proteine verwendet wird, entsprechend ihrer Reaktion auf elektrischen Strom.
Mehrere Faktoren beeinflussen die Elektrophorese, einschließlich Nettoladung, Molekülmasse, Puffer und elektrophoretische Medien wie Papier oder Gel. Bei der Elektrophorese bewegen sich Moleküle in Richtung der entgegengesetzten Ladung; beispielsweise bewegt sich ein Protein mit einer positiven Nettoladung zur negativen Seite des elektrophoretischen Mediums. Außerdem bewegen sich Moleküle mit geringerer Masse schneller oder trennen sich schneller als Moleküle mit größerer Masse.
Geschichte
Im Jahr 1937 entwickelte ein schwedischer Wissenschaftler namens Arne Tiselius ein Gerät zur Messung der Bewegung von Proteinmolekülen, den sogenannten Moving Boundary-Apparat. Dies ist eine U-förmige Apparatur, die ein wässriges Medium zum Trennen von Proteinmolekülen verwendet.
1940 wurde die Zonenelektrophorese eingeführt, die ein festes Medium (z. B. Gel) verwendet und eine Färbung für eine bessere Auflösung oder Visualisierung der Trennung von Molekülen ermöglicht.
1960 wurde dann die Kapillarelektrophorese entwickelt, um eine vielseitige Elektrophoresetechnik bereitzustellen. Diese Art der Elektrophorese ermöglicht die Trennung von Molekülen unter Verwendung von wässrigen und festen Medien.
Molekülbindung
Die Elektrophorese unter Verwendung von Medien interagiert absichtlich auf nicht-invasive Weise mit Molekülen. Zum Beispiel binden Gelmedien an Proteinmoleküle, ohne die Struktur und Funktion des Proteins zu stören. Nach der Bindung an Moleküle wird die Bewegung oder Trennung durch Anlegen von elektrischem Strom eingeleitet. Weiterhin ist es auch möglich, die an das Medium gebundenen Moleküle nach der Elektrophorese zurückzugewinnen.
Hochauflösende Trennung
Die Elektrophorese wurde entwickelt, um die Trennung von Molekülen zu visualisieren. Dies wird durch verschiedene Methoden erreicht, einschließlich Färbung und Autoradiographie.
Die Autoradiographie verwendet Röntgenfilme, um die Position radioaktiver Moleküle (z. B. DNA) nach der Trennung sichtbar zu machen. Diese Art der Visualisierung ist vergleichbar mit dem Fotografieren, bei dem das Röntgen wie ein Kamerablitz und der Röntgenfilm wie der Film für die Entwicklung von Schwarzweißfotos ist. Bei der Elektrophorese werden mittels Autoradiographie Fotos von Molekülen wie Proteinen in Ihrem Blut entwickelt.
Bei der Färbung werden Farbstoffe wie Coomassieblau und Amidoschwarz vor oder nach dem Trennprozess mit Molekülen vermischt. Zum Beispiel führt das Mischen von Proteinen mit Coomasie-Farbstoff vor der Elektrophorese zu gefärbten Pfaden (kleine Punkte oder Linien), die die Bewegung des Proteins während der Trennung zeigen.
Quantitative Analyse
Ein weiterer Zweck der Elektrophorese besteht darin, quantitative Informationen zu erhalten, nachdem die Trennung von Molekülen sichtbar gemacht wurde. Um quantitative Daten zu erhalten, zeichnet beispielsweise eine Bildanalysesoftware (2D- und 3D-Rendering-Software) die Ergebnisse der Elektrophorese als digitale Signale auf. Diese Signale stellen die Position der Moleküle vor und nach der Elektrophorese dar und werden dann für die quantitative Analyse „in silico“ (unter Verwendung eines Computers) verwendet.