Ο σκοπός της ηλεκτροφόρησης

Η ηλεκτροφόρηση είναι μια «ισχυρή και φθηνή τεχνική μοριακού διαχωρισμού», όπως δήλωσε ο Δρ. William H. Heidcamp, στο εγχειρίδιο εργαστηρίου κυτταρικής βιολογίας. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τη διεξαγωγή ηλεκτροφόρησης, συμπεριλαμβανομένης της μη επεμβατικής σύνδεσης σε μόρια και της οπτικοποίησης του διαχωρισμού μορίων. Συνολικά, η ηλεκτροφόρηση στοχεύει να παρέχει έναν ακριβή τρόπο ανάλυσης ουσιών, όπως το αίμα και το DNA σας (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ), που είναι δύσκολο να διαχωριστούν χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους.

Η ηλεκτροφόρηση είναι μια εμπειρική τεχνική που χρησιμοποιείται στον διαχωρισμό φορτισμένων μορίων (θετικών και αρνητικών) όπως τα κύτταρα και οι πρωτεΐνες, σύμφωνα με την απόκρισή τους στο ηλεκτρικό ρεύμα.

Αρκετοί παράγοντες επηρεάζουν την ηλεκτροφόρηση, όπως καθαρό φορτίο, μάζα μορίου, ρυθμιστικό και ηλεκτροφορητικά μέσα όπως χαρτί ή γέλη. Στην ηλεκτροφόρηση, τα μόρια κινούνται προς το αντίθετο φορτίο. Για παράδειγμα, μια πρωτεΐνη με θετικό καθαρό φορτίο κινείται προς την αρνητική πλευρά του ηλεκτροφορητικού μέσου. Επιπλέον, μόρια με μικρότερη μάζα κινούνται γρηγορότερα ή διαχωρίζονται γρηγορότερα από μόρια με μεγαλύτερη μάζα.

Το 1937, ένας Σουηδός επιστήμονας με το όνομα Arne Tiselius ανέπτυξε μια συσκευή για τη μέτρηση της κίνησης των πρωτεϊνικών μορίων, που ονομάζεται Moving Boundary apparatus. Πρόκειται για συσκευή σχήματος U που χρησιμοποιεί υδατικό μέσο για το διαχωρισμό μορίων πρωτεΐνης.

Το 1940, εισήχθη ηλεκτροφόρηση ζώνης, η οποία χρησιμοποιεί ένα στερεό μέσο (π.χ. γέλη) και επιτρέπει τη χρώση για καλύτερη ανάλυση ή οπτικοποίηση του διαχωρισμού των μορίων.

Στη συνέχεια, το 1960, η τριχοειδής ηλεκτροφόρηση αναπτύχθηκε για να παρέχει μια ευέλικτη τεχνική ηλεκτροφόρησης. Αυτός ο τύπος ηλεκτροφόρησης επιτρέπει το διαχωρισμό των μορίων χρησιμοποιώντας υδατικά και στερεά μέσα.

Η ηλεκτροφόρηση, χρησιμοποιώντας μέσα, αλληλεπιδρά σκόπιμα με μόρια με μη επεμβατικό τρόπο. Για παράδειγμα, τα μέσα γέλης συνδέονται με μόρια πρωτεΐνης χωρίς να διαταράσσονται η δομή και η λειτουργία της πρωτεΐνης. Μετά τη σύνδεση σε μόρια, η κίνηση ή ο διαχωρισμός ξεκινά με εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος. Επιπλέον, είναι επίσης δυνατή η ανάκτηση των μορίων που συνδέονται στο μέσο μετά από ηλεκτροφόρηση.

Η ηλεκτροφόρηση έχει σχεδιαστεί για να απεικονίζει τον διαχωρισμό των μορίων. Αυτό επιτυγχάνεται με διάφορες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένης της χρώσης και της αυτοραδιογραφίας.

Η αυτοραδιογραφία χρησιμοποιεί φιλμ ακτίνων Χ για να απεικονίσει τη θέση των ραδιενεργών μορίων (π.χ. DNA) μετά το διαχωρισμό. Αυτός ο τύπος οπτικοποίησης είναι συγκρίσιμος με τη λήψη φωτογραφιών, όπου η ακτινογραφία είναι σαν ένα φλας κάμερας και το φιλμ ακτίνων χ είναι σαν το φιλμ που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη ασπρόμαυρων φωτογραφιών. Στην ηλεκτροφόρηση, φωτογραφίες μορίων όπως πρωτεΐνες στο αίμα σας αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας αυτοραδιογραφία.

Κατά τη χρώση, βαφές όπως το μπλε coomassie και το μαύρο amido αναμιγνύονται με μόρια, πριν ή μετά τη διαδικασία διαχωρισμού. Για παράδειγμα, η ανάμιξη πρωτεϊνών με βαφή coomasie πριν από την ηλεκτροφόρηση θα δώσει χρωματισμένες διαδρομές (μικρές κουκίδες ή γραμμές) που δείχνουν την κίνηση της πρωτεΐνης κατά τη διάρκεια του διαχωρισμού.

Ένας άλλος σκοπός της ηλεκτροφόρησης είναι η απόκτηση ποσοτικών πληροφοριών μετά την οπτικοποίηση του διαχωρισμού των μορίων. Για την απόκτηση ποσοτικών δεδομένων, για παράδειγμα, το λογισμικό ανάλυσης εικόνας (2D και 3D rendering software) καταγράφει τα αποτελέσματα της ηλεκτροφόρησης ως ψηφιακά σήματα. Αυτά τα σήματα αντιπροσωπεύουν τη θέση των μορίων πριν και μετά την ηλεκτροφόρηση και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για ποσοτική ανάλυση «σε πυριτία» (με τη χρήση υπολογιστή).