Elektroforeesi on "tehokas ja halpa molekyylierotustekniikka", kuten tohtori William H. totesi. Heidcamp, solubiologian laboratorion käsikirjassa. Elektroforeesin suorittamiselle on useita syitä, mukaan lukien ei-invasiivinen sitoutuminen molekyyleihin ja molekyylierotuksen visualisointi. Kaiken kaikkiaan elektroforeesin tarkoituksena on tarjota tarkka tapa analysoida aineita, kuten veresi ja DNA: si (deoksiribonukleiinihappo), joita on vaikea erottaa tavanomaisilla menetelmillä.
Määritelmä
Elektroforeesi on empiirinen tekniikka, jota käytetään varautuneiden molekyylien (positiivisten ja negatiivisten), kuten solujen ja proteiinien, erottamiseen niiden vasteen mukaan sähkövirrassa.
Useat tekijät vaikuttavat elektroforeesiin, mukaan lukien nettovaraus, molekyylin massa, puskuri ja elektroforeettiset väliaineet, kuten paperi tai geeli. Elektroforeesissa molekyylit liikkuvat kohti päinvastaista varausta; esimerkiksi positiivisen nettovarauksen omaava proteiini liikkuu kohti elektroforeettisen väliaineen negatiivista puolta. Lisäksi molekyylit, joilla on pienempi massa, liikkuvat nopeammin tai erottuvat nopeammin kuin molekyylit, joilla on suurempi massa.
Historia
Vuonna 1937 ruotsalainen tiedemies nimeltä Arne Tiselius kehitti proteiinimolekyylien liikkeen mittauslaitteen, nimeltään Moving Boundary device. Tämä on U-muotoinen laite, joka käyttää vesipitoista väliainetta proteiinimolekyylien erottamiseen.
Vuonna 1940 otettiin käyttöön vyöhyke-elektroforeesi, joka käyttää kiinteää väliainetta (esim. Geeliä) ja mahdollistaa värjäyksen molekyylien erottelun parempaan erottamiseen tai visualisointiin.
Sitten vuonna 1960 kehitettiin kapillaarielektroforeesi tarjoamaan monipuolinen elektroforeesitekniikka. Tämän tyyppinen elektroforeesi mahdollistaa molekyylien erottamisen käyttämällä vesipitoisia ja kiinteitä väliaineita.
Molekyylisitoutuminen
Elektroforeesi, käyttäen väliaineita, on tarkoituksellisesti vuorovaikutuksessa molekyylien kanssa ei-invasiivisella tavalla. Esimerkiksi geelivälineet sitoutuvat proteiinimolekyyleihin häiritsemättä proteiinin rakennetta ja toimintaa. Molekyyleihin sitoutumisen jälkeen liike tai erotus aloitetaan sähkövirralla. Lisäksi on myös mahdollista palauttaa väliaineeseen sitoutuneet molekyylit elektroforeesin jälkeen.
Korkean resoluution erotus
Elektroforeesi on suunniteltu visualisoimaan molekyylien erottaminen. Tämä saavutetaan useilla menetelmillä, mukaan lukien värjäys ja autoradiografia.
Autoradiografiassa käytetään röntgenkalvoja visualisoimaan radioaktiivisten molekyylien (esim. DNA: n) sijainti erotuksen jälkeen. Tämän tyyppinen visualisointi on verrattavissa kuvien ottamiseen, jossa röntgenkuva on kuin kameran salama ja röntgenfilmi on kuin elokuva, jota käytetään mustavalkoisten valokuvien kehittämiseen. Elektroforeesissa valokuvia molekyyleistä, kuten veressäsi olevista proteiineista, kehitetään autoradiografiaa käyttämällä.
Värjäyksessä väriaineet, kuten coomassie sininen ja amidomusta, sekoitetaan molekyylien kanssa ennen erottamisprosessia tai sen jälkeen. Esimerkiksi proteiinien sekoittaminen coomasie-väriaineen kanssa ennen elektroforeesia tuottaa värjätyt polut (pienet pisteet tai viivat), jotka osoittavat proteiinin liikkeen erotuksen aikana.
Kvantitatiivinen analyysi
Toinen elektroforeesin tarkoitus on saada kvantitatiivista tietoa molekyylien erottamisen visualisoinnin jälkeen. Kvantitatiivisten tietojen saamiseksi esimerkiksi kuva-analyysiohjelmisto (2D- ja 3D-renderointiohjelmistot) tallentaa elektroforeesin tulokset digitaalisignaaleina. Nämä signaalit edustavat molekyylien asemaa ennen ja jälkeen elektroforeesin, ja niitä käytetään sitten kvantitatiiviseen analyysiin in silico (tietokoneen avulla).