Przeczytaj
Charakterystyka elektroforezy
Cząsteczki, które mają ładunek, mogą się poruszać pod wpływem przepływającego prądu elektrycznego. Ruch cząsteczek ujemnie naładowanych w kierunku anody nazywany jest anaforeząanaforezą, a cząsteczek naładowanych dodatnio w kierunku katody – kataforeząkataforezą.
Elektroforeza jest zjawiskiem polegającym na poruszaniu się naładowanych cząstek (makrocząsteczek lub cząstek koloidowych) w nieruchomym ośrodku rozpraszającym, pod wpływem pola elektrycznego. Odbywa się to w kierunku elektrod przeciwnego znaku. Omówmy to na przykładzie elektroforezy żelowej, PAGE (od ang. polyacrylamide gel electrophoresis).
Elektroforeza żelowa
Elektroforezę żelową przeprowadza się w specjalnych aparatach, na płytkach wyłożonych najczęściej żelem z polimerów, np. poliakrylamidem. Żel tworzy nieruchomy ośrodek, w którym znajduje się mieszanina poddana rozdzielaniu lub/i analizie.
Płytkę o długości i szerokości kilku centymetrów pokrywa się cienką warstwą polimeru (pełniącego funkcję żelu). Na jednym z końców płytki znajdują się zagłębienia, zwane studzienkami, do których wprowadzane są analizowane substancje lub mieszaniny. Badane substancje są rozpuszczone w rozpuszczalniku o większej gęstości niż żel. Do jednej ze studzienek wprowadza się odpowiedni marker, czyli mieszaninę znanych związków o zdefiniowanej masie, służącej jako wzorzec. Wzdłuż przeciwległych krawędzi płytki znajdują się elektrody, przez które przepływa prąd.
Do elektrod przykłada się prąd stały lub pulsujący, o napięciu od 50 do 3000 V. W zależności od wartości przyłożonego napięcia, proces zachodzi szybciej lub wolniej. Aby uzyskać większą dokładność rozdzielania/identyfikacji, stosuje się niższe napięcie, co pozwala na lepsze rozdzielanie badanej mieszaniny, przy jednoczesnym wydłużeniu czasu, a nie procesu. Użycie wyższego napięcia powoduje przyspieszenie procesu, jednak może spowodować zniszczenie żelu. Po zakończonym procesie rozdzielania płytkę wybarwia się odpowiednimi barwnikami, aby odczytać wynik przeprowadzonego eksperymentu.
Na przedstawionym powyżej rysunku płytki do elektroforezy, wgłębienia to studzienki, do których wprowadza się marker oraz badane mieszaniny związków, a po bokach widoczne są elektrody. Warto zwrócić uwagę na kierunek rozmieszczenia elektrod. Przy takim ich ułożeniu możemy oznaczać cząsteczki lub związki negatywnie naładowane. W przypadku cząstek naładowanych dodatnio, elektrody powinny być założone odwrotnie.
Analiza wyników
Jak można zauważyć na powyższym rysunku, cząstki o wyższych masach znajdują się bliżej punktu startowego, a cząstki o mniejszych masach są dalej od punktu startowego. Wynika to stąd, że małe cząstki poruszają się szybciej w żelu. Wprowadzony do pierwszej studzienki marker, służący jako wzorzec, pozwala wyskalować wartości mas poszczególnych fragmentów. Mieszaniny I i II są mieszaninami trójskładnikowymi. Porównując pasy wzorca z pasami składników mieszanin, możemy oszacować ich masy.
Czy wiesz, że zjawisko elektroforezy ma już ponad 200 lat? Elektroforeza została opisana przez Ferdinanda Frederica Reussa z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego w 1807 r. Przeprowadził on eksperyment, który polegał na przyłożeniu zewnętrznego napięcia elektrycznego do szklanej tuby wypełnionej wodą. Na dnie znajdowała się mokra glina. Następnie zauważył zmętnienie roztworu, spowodowane przedostawaniem się przez piasek cząstek gliny.
Podsumowując, elektroforeza jest metodą analityczną, pozwalającą określać ilość związków w mieszaninie oraz oszacować ich masę. Służy ona chemikom, biochemikom, biologom czy genetykom do określania składu mieszanin poreakcyjnych czy ustalania sekwencji DNA oraz RNA.
Słownik
(gr. etalambdaepsilonkappataurhoomicronphiόrhoetasigmaeta „nosić elektrony”) zjawisko elektrokinetyczne polegające na poruszaniu się naładowanych cząstek (makrocząsteczek albo cząstek koloidowych w nieruchomym ośrodku rozpraszającym, albo jonów w roztworze wewnątrz kapilary) pod wpływem pola elektrycznego
ruch ujemnie naładowanych cząstek fazy rozproszonej w kierunku anody
ruch kationów lub dodatnio naładowanych cząstek fazy rozproszonej (cząstek koloidalnych) w kierunku katody
Bibliografia
Berg J. M., Tymoczko J. L., Stryer L., Biochemia, Warszawa 2002, wyd 5.
Encyklopedia PWN
Helmenstine A. M., Electrophoresis Definition and Explanation, „ThoughtCo” 2018.