Elektroforēze ir “spēcīgs un lēts molekulu atdalīšanas paņēmiens”, kā norādījis doktors Viljams H. Heidcamp, šūnu bioloģijas laboratorijas rokasgrāmatā. Elektroforēzes veikšanai pastāv dažādi iemesli, tostarp neinvazīva saistīšanās ar molekulām un molekulu atdalīšanas vizualizācija. Kopumā elektroforēzes mērķis ir nodrošināt precīzu veidu, kā analizēt vielas, piemēram, asinis un DNS (dezoksiribonukleīnskābi), kuras ir grūti atdalīt, izmantojot parastās metodes.
Definīcija
Elektroforēze ir empīriska metode, ko izmanto, lai atdalītu uzlādētas molekulas (pozitīvas un negatīvas), piemēram, šūnas un olbaltumvielas, atbilstoši to reakcijai elektriskajā strāvā.
Elektroforēzi ietekmē vairāki faktori, tostarp neto lādiņš, molekulas masa, buferšķīdums un elektroforētiskā vide, piemēram, papīrs vai želeja. Elektroforēzes laikā molekulas virzās uz pretējo lādiņu; piemēram, proteīns ar pozitīvu neto lādiņu virzās uz elektroforētiskās vides negatīvo pusi. Turklāt molekulas ar mazāku masu pārvietojas ātrāk vai atdalās ātrāk nekā molekulas ar lielāku masu.
Vēsture
1937. gadā zviedru zinātnieks Arne Tiselius izstrādāja olbaltumvielu molekulu kustības mērīšanas aparātu, ko sauc par Moving Boundary aparātu. Tas ir U formas aparāts, kurā proteīna molekulu atdalīšanai tiek izmantota ūdens vide.
1940. gadā tika ieviesta zonas elektroforēze, kurā tiek izmantota cieta vide (piemēram, gēls) un kas ļauj krāsot, lai molekulu atdalīšana būtu labāk izšķirtspēja vai vizualizēta.
Tad 1960. gadā tika izstrādāta kapilārā elektroforēze, lai nodrošinātu daudzpusīgu elektroforēzes tehniku. Šāda veida elektroforēze ļauj atdalīt molekulas, izmantojot ūdens un cietās vielas.
Molekulu saistīšana
Elektroforēze, izmantojot nesējus, mērķtiecīgi mijiedarbojas ar molekulām neinvazīvā veidā. Piemēram, gēla nesēji saistās ar olbaltumvielu molekulām, neizjaucot olbaltumvielu struktūru un funkcijas. Pēc saistīšanās ar molekulām kustība vai atdalīšana tiek uzsākta, izmantojot elektrisko strāvu. Turklāt pēc elektroforēzes ir iespējams atgūt arī barotnei saistītās molekulas.
Augstas izšķirtspējas atdalīšana
Elektroforēze ir paredzēta, lai vizualizētu molekulu atdalīšanu. To panāk ar dažādām metodēm, ieskaitot krāsošanu un autoradiogrāfiju.
Autoradiogrāfija izmanto rentgena filmas, lai vizualizētu radioaktīvo molekulu (piemēram, DNS) stāvokli pēc atdalīšanas. Šis vizualizācijas veids ir salīdzināms ar attēlu uzņemšanu, kur rentgens ir kā kameras zibspuldze un rentgena filma ir kā filma, ko izmanto melnbaltu fotoattēlu izstrādē. Elektroforēzes laikā, izmantojot autoradiogrāfiju, tiek izstrādātas molekulu, piemēram, olbaltumvielu, fotogrāfijas asinīs.
Krāsošanas laikā pirms vai pēc atdalīšanas krāsas ar molekulām sajauc tādas krāsas kā kumāzijas zilo un amido melno. Piemēram, pirms elektroforēzes sajaucot olbaltumvielas ar kumasijas krāsu, tiks iegūti krāsoti ceļi (mazi punkti vai līnijas), kas parāda olbaltumvielu kustību atdalīšanas laikā.
Kvantitatīvā analīze
Vēl viens elektroforēzes mērķis ir iegūt kvantitatīvu informāciju pēc molekulu atdalīšanas vizualizācijas. Lai iegūtu kvantitatīvus datus, piemēram, attēlu analīzes programmatūra (2D un 3D renderēšanas programmatūra) elektroforēzes rezultātus reģistrē kā ciparu signālus. Šie signāli atspoguļo molekulu stāvokli pirms un pēc elektroforēzes, un pēc tam tos izmanto kvantitatīvai analīzei ‘in silico’ (izmantojot datoru).