Електрофорез - це «потужна і недорога методика молекулярного поділу», як заявив д-р Вільям Х. Heidcamp, у Посібнику лабораторії клітинної біології. Існують різні причини для проведення електрофорезу, включаючи неінвазивне зв'язування з молекулами та візуалізацію поділу молекул. Загалом, електрофорез має на меті забезпечити точний спосіб аналізу речовин, таких як кров та ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота), які важко відокремити за допомогою звичайних методів.
Визначення
Електрофорез - це емпіричний прийом, що застосовується при поділі заряджених молекул (позитивних і негативних), таких як клітини та білки, відповідно до їх реакції в електричному струмі.
Кілька факторів впливають на електрофорез, включаючи чистий заряд, масу молекули, буферні та електрофоретичні середовища, такі як папір або гель. При електрофорезі молекули рухаються у бік протилежного заряду; наприклад, білок із позитивним чистим зарядом рухається до негативної сторони електрофоретичного середовища. Крім того, молекули з меншою масою рухаються швидше або швидше розділяються, ніж молекули з більшою масою.
Історія
У 1937 р. Шведський учений на ім’я Арне Тиселіус розробив прилад для вимірювання руху молекул білка, який отримав назву «Апарат рухомої межі». Це U-подібний апарат, який використовує водне середовище для розділення молекул білка.
У 1940 році був запроваджений зоновий електрофорез, який використовує тверде середовище (наприклад, гель) і дозволяє фарбувати для кращого роздільної здатності або візуалізації поділу молекул.
Потім у 1960 р. Капілярний електрофорез був розроблений для забезпечення універсальної техніки електрофорезу. Цей тип електрофорезу дозволяє розділяти молекули за допомогою водних і твердих середовищ.
Зв'язування молекул
Електрофорез, використовуючи середовища, цілеспрямовано взаємодіє з молекулами неінвазивним шляхом. Наприклад, гелеві середовища зв'язуються з білковими молекулами, не порушуючи структуру та функції білка. Після зв’язування з молекулами рух або поділ ініціюється шляхом подачі електричного струму. Крім того, також можливо відновити молекули, зв’язані з середовищем, після електрофорезу.
Розділення з високою роздільною здатністю
Електрофорез призначений для візуалізації поділу молекул. Це досягається різними методами, включаючи фарбування та авторадиографію.
Авторадиографія використовує рентгенівські плівки для візуалізації положення радіоактивних молекул (наприклад, ДНК) після поділу. Цей тип візуалізації можна порівняти із фотографуванням, коли рентген схожий на спалах камери, а рентгенівська плівка - як фільм, що використовується для створення чорно-білих фотографій. Під час електрофорезу фотографії таких молекул, як білки у вашій крові, розробляються за допомогою авторадіографії.
При фарбуванні такі барвники, як синій кумасі та амідо-чорний, змішуються з молекулами до або після процесу розділення. Наприклад, змішування білків з барвником кумасі перед електрофорезом дасть забарвлені шляхи (маленькі точки або лінії), що показують рух білка під час поділу.
Кількісний аналіз
Ще однією метою електрофорезу є отримання кількісної інформації після візуалізації поділу молекул. Для отримання кількісних даних, наприклад, програмне забезпечення для аналізу зображень (програмне забезпечення для 2D та 3D рендерингу) фіксує результати електрофорезу як цифрові сигнали. Ці сигнали відображають положення молекул до та після електрофорезу, а потім використовуються для кількісного аналізу "in silico" (за допомогою комп'ютера).