Elektroforeza to sposób rozdzielania cząsteczek biologicznych w polu elektrycznym, polegający na tym, że różne cząsteczki mają różne naturalne ładunki elektryczne z nimi związane. Powoduje to, że różne składniki substancji poruszają się z różnymi prędkościami pod wpływem pola elektrycznego. Wyobraź sobie, że masz na tacy zbiór małych kawałków różnych metali i umieszczasz magnes na jednym końcu tacy. Różne kawałki metalu (równoważne „cząsteczkom”) byłyby przyciągane do magnesu w różnym stopniu w zależności od ich konkretnych ładunków. Zasadniczo dzieje się to w elektroforezie, z wyjątkiem tego, że cząsteczki nie są początkowo rozdzielone.
Obecnie w praktyce stosuje się różne rodzaje elektroforezy.
Zasada elektroforezy
Przyczyna działania elektroforezy wynika z jednego z podstawowych równań fizyki elektromagnetyzmu: siła równa się ładunkowi elektrycznemu pomnożonemu przez siłę pola w tym punkcie. Przyjmuje to postać:
fa = qE
Gdzie fa = siła, q = ładunek elektryczny i mi = natężenie pola elektrycznego.
Z tego równania wynika, że im wyższy ładunek na cząstce, tym większa siła wynikająca z przyłożenia danego pola elektrycznego. Oznacza to, że dwie cząstki o tej samej masie, ale różnych ładunkach będą poruszać się w polu z różnymi prędkościami. Ponadto prędkość, z jaką porusza się każda naładowana cząsteczka, zależy od jej stosunku ładunku do masy. Razem te właściwości i zależności umożliwiają naukowcom rozdzielenie składników krytycznych biocząsteczek, takich jak kwasy nukleinowe, na ich mniejsze składniki.
Elektroforeza żelowa
Stosowane są trzy główne typy elektroforezy żelowej. Elektroforeza w żelu skrobiowym, w której wykorzystuje się granulki skrobi ziemniaczanej, jest czymś w rodzaju reliktu. W elektroforezie w żelu agarozowym jako podłoże stosuje się oczyszczony polisacharyd o dużej masie cząsteczkowej; jest to powszechnie stosowane w przypadku dużych cząsteczek DNA. Elektroforeza w żelu poliakrylamidowym jest najczęstszym typem, ponieważ jest niezwykle stabilna i działa w szerokim zakresie stężeń cząsteczek.
Rzadziej używane typy elektroforezy
W większości sytuacji eksperymentalnych preferowana jest pewnego rodzaju elektroforeza żelowa. Inne popularne metody obejmują elektroforezę o wysokiej rozdzielczości, elektroforezę kapilarną, izoelektryczność ogniskowanie, elektroforeza immunochemiczna, elektroforeza dwuwymiarowa i pole pulsacyjne elektroforeza.
Rodzaje zestawów do elektroforezy
Oprzyrządowanie do elektroforezy robi taką samą różnicę, jak użyte medium. W dawnych czasach standardem była elektroforeza graniczna. W tym układzie doświadczalnym mierzy się szybkość ruchu całej granicy migrujących cząsteczek. Obecnie elektroforeza strefowa jest bardziej powszechna, a cząsteczki migrują do różnych obszarów lub stref na małym obszarze papieru. Jest to bardziej ukierunkowane podejście niż elektroforeza graniczna. Wreszcie elektroforeza bibułowa jest czasami używana do małych cząsteczek.