Uloga električne energije u biološkim procesima jednako je važna kao i njezina uloga u tehnologiji, a iskorištena je za znanstvenu upotrebu na brojne suptilne i zanimljive načine. Jedna od tehnika koja se široko koristi u biokemiji je elektroforeza, upotreba električne struje za manipulaciju molekulama proteina za niz biomedicinskih istraživanja, dijagnostike i proizvodnje svrhe.
Kako postupak radi
Organske molekule često imaju pozitivan ili negativan naboj, zbog čega reagiraju na električnu struju. Molekule s pozitivnim nabojem migriraju prema negativnom polu polja, a molekule s negativnim nabojem prema pozitivnom polu. Molekule s većim nabojem teže se brže kretati i putovati dalje dok se naboj puni. Međutim, usporit će ih i trenje, na što pak utječu i veličina i oblik molekule i medij korišten za ispitivanje. Kontrolirajući električnu struju i trenje koje pruža ispitni medij, istraživači mogu stvoriti uvjete koji učinkovito razdvajaju biomolekule, tako da ih se može izolirati i proučavati. Također omogućuje istraživačima da identificiraju razlike između molekula promatrajući koliko na njih utječe struja. To je koristan alat s nizom eksperimentalnih i biomedicinskih primjena, ali nekoliko je posebno zapaženih.
DNA analiza
Jedna od vodećih primjena elektroforeze je identifikacija i proučavanje DNA i fragmenata DNA. DNA je značajna po postojanosti svog negativnog naboja, što znači da električna struja primjenjuje približno jednaku silu na bilo koji dio DNA. Pod tim pritiskom počinju se odvajati veći i manji fragmenti DNA, jer će na njih različito utjecati trenje od ispitnog medija. Medij, obično agarozni gel ili akrilamidni gel "zamrzava" odvojene segmente na mjestu kada se struja ukloni, što im omogućuje ispitivanje u visokim rezolucijama. Sredstva za bojenje poput etidij-bromida često se dodaju gelu kako bi se olakšali uvid i tumačenje rezultata.
Interakcije proteina i antitijela
Sljedeći uobičajeni oblik elektroforeze je imunoelektroforeza, koja analizira prisutnost i ponašanje određenih proteina. Mnoga medicinska stanja, uključujući multiplu sklerozu, bolesti bubrega i neke karcinome rezultiraju stvaranjem abnormalnih molekula proteina. To se može otkriti izvođenjem elektroforeze na uzorcima urina ili krvi i promatranjem bilo kakvih odstupanja od normalnih količina i vrsta proteina. Imunoelektroforeza se također može koristiti za otkrivanje specifičnih proteina nazvanih imunoglobulini, koji djeluju kao antitijela. Oni su dio imunološkog sustava tijela i napadaju strane proteine, poput virusa ili alergena. Analiza ovih antitijela može pomoći u identificiranju novih terapija za liječenje tih napadača, a također nudi uvid u stanja kao što su alergije i autoimuni poremećaji, koji mogu biti posljedica neispravnosti antitijela.
Ispitivanje antibiotika
Elektroforeza igra niz uloga u ispitivanju antibiotika. Jedno od najčešćih je ispitivanje čistoće antibiotika. Primjenom elektroforeze na otopinu koja sadrži antibiotik u obliku papirnate trake impregnirane antibiotikom ili kapilara - vrlo tanka cijev - ispunjena otopinom, istraživači mogu razlikovati sam antibiotik od bilo kojeg drugog nečistoće. Oni također mogu odrediti koliko je koncentriran antibiotik, što je presudno za primjenu točnih doza. Istraživanje antibiotika proširuje se na područje genetskog testiranja, identificirajući gene koji bi mogli ukazivati na rezistenciju na određene antibiotike.
Ispitivanje cjepiva
Kao i kod antibiotika, elektroforeza je korisna i u stvaranju i u proizvodnji cjepiva. Svrha cjepiva je pomoći tijelu da stvori antitijela na potencijalno opasan patogen, a elektroforeza je korisna metoda za otkrivanje tih antitijela. Istraživači mogu koristiti tehniku za usporedbu učinka cjepiva ili više verzija cjepiva na velik broj ispitanika ili drugih varijabli. Jednom kada se cjepivo proizvede, elektroforeza također pruža brz i učinkovit način ispitivanja konzistentnosti i čistoće proizvodnih serija.