Электрофорез - это «мощный и недорогой метод молекулярного разделения», как заявил доктор Уильям Х. Heidcamp, в Руководстве лаборатории клеточной биологии. Существуют различные причины для проведения электрофореза, включая неинвазивное связывание с молекулами и визуализацию разделения молекул. В целом, электрофорез призван обеспечить точный способ анализа веществ, таких как ваша кровь и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которые трудно разделить с помощью обычных методов.
Определение
Электрофорез - это эмпирический метод, используемый для разделения заряженных молекул (положительных и отрицательных), таких как клетки и белки, в соответствии с их реакцией на электрический ток.
На электрофорез влияют несколько факторов, включая чистый заряд, массу молекулы, буфер и электрофоретические среды, такие как бумага или гель. При электрофорезе молекулы движутся навстречу противоположному заряду; например, белок с положительным суммарным зарядом движется к отрицательной стороне электрофоретической среды. Более того, молекулы с меньшей массой движутся быстрее или разделяются быстрее, чем молекулы с большей массой.
История
В 1937 году шведский ученый Арне Тизелиус разработал прибор для измерения движения белковых молекул, названный «Аппарат подвижной границы». Это U-образный аппарат, в котором для разделения белковых молекул используется водная среда.
В 1940 году был введен зонный электрофорез, в котором используется твердая среда (например, гель) и позволяющая окрашивать для лучшего разрешения или визуализации разделения молекул.
Затем, в 1960 году, был разработан капиллярный электрофорез, который стал универсальным методом электрофореза. Этот тип электрофореза позволяет разделить молекулы с использованием водных и твердых сред.
Связывание молекул
Электрофорез с использованием сред целенаправленно взаимодействует с молекулами неинвазивным образом. Например, гелевые среды связываются с молекулами белка, не нарушая структуру и функцию белка. После связывания с молекулами движение или разделение инициируется подачей электрического тока. Кроме того, также возможно восстановить молекулы, связанные со средой, после электрофореза.
Разделение с высоким разрешением
Электрофорез предназначен для визуализации разделения молекул. Это достигается различными методами, включая окрашивание и авторадиографию.
Авторадиография использует рентгеновские пленки для визуализации положения радиоактивных молекул (например, ДНК) после разделения. Этот тип визуализации сравним со съемкой, где рентгеновский снимок похож на вспышку фотоаппарата, а рентгеновская пленка похожа на пленку, используемую для проявления черно-белых фотографий. В электрофорезе фотографии молекул, таких как белки в крови, проявляются с помощью авторадиографии.
При окрашивании красители, такие как синий кумасси и черный амид, смешиваются с молекулами до или после процесса разделения. Например, смешивание белков с красителем кумаси перед электрофорезом даст окрашенные дорожки (маленькие точки или линии), показывающие движение белка во время разделения.
Количественный анализ
Другая цель электрофореза - получить количественную информацию после визуализации разделения молекул. Например, для получения количественных данных программное обеспечение для анализа изображений (программное обеспечение для 2D- и 3D-рендеринга) записывает результаты электрофореза в виде цифровых сигналов. Эти сигналы представляют положение молекул до и после электрофореза и затем используются для количественного анализа «in silico» (с использованием компьютера).