Definition und Erklärung der Elektrophorese

Elektrophorese bezeichnet die Bewegung von Partikeln in einem Gel oder einer Flüssigkeit innerhalb eines relativ gleichmäßigen elektrischen Feldes. Elektrophorese kann verwendet werden, um Moleküle basierend auf Ladung, Größe und Bindungsaffinität zu trennen. Die Technik wird hauptsächlich angewendet, um Biomoleküle wie DNA, RNA, Proteine, Nukleinsäuren, Plasmide und Fragmente dieser Makromoleküle zu trennen und zu analysieren. Die Elektrophorese ist eine der Techniken, die zur Identifizierung der DNA-Quelle verwendet werden, wie dies bei Vaterschaftstests und in der Forensik der Fall ist.

Man nennt die Elektrophorese von Anionen oder negativ geladenen Teilchen Anaphorese. Die Elektrophorese von Kationen oder positiv geladenen Partikeln wird genannt Kataphorese.

Die Elektrophorese wurde erstmals 1807 von Ferdinand Frederic Reuss von der Moskauer Staatlichen Universität beobachtet, der bemerkte, dass Tonpartikel in Wasser wanderten, das einem kontinuierlichen elektrischen Feld ausgesetzt war.

Wichtige Erkenntnisse: Elektrophorese

• Elektrophorese ist eine Technik, die verwendet wird, um Moleküle in einem Gel oder einer Flüssigkeit unter Verwendung eines elektrischen Feldes zu trennen.
• Die Geschwindigkeit und Richtung der Teilchenbewegung im elektrischen Feld hängt von der Molekülgröße und der elektrischen Ladung ab.
• Gewöhnlich wird die Elektrophorese verwendet, um Makromoleküle wie DNA, RNA oder Proteine ​​zu trennen.

Wie die Elektrophorese funktioniert

Bei der Elektrophorese gibt es zwei Hauptfaktoren, die bestimmen, wie schnell sich ein Partikel in welche Richtung bewegen kann. Erstens ist die Gebühr auf der Probe von Bedeutung. Negativ geladene Spezies werden vom positiven Pol eines elektrischen Feldes angezogen, während positiv geladene Spezies vom negativen Ende angezogen werden. Eine neutrale Spezies kann ionisiert werden, wenn das Feld stark genug ist. Andernfalls ist es in der Regel nicht betroffen.

Der andere Faktor ist die Partikelgröße. Kleine Ionen und Moleküle können sich viel schneller durch ein Gel oder eine Flüssigkeit bewegen als größere.

Während ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld von einer entgegengesetzten Ladung angezogen wird, wirken sich andere Kräfte auf die Bewegung eines Moleküls aus. Reibung und die elektrostatische Verzögerungskraft verlangsamen das Fortschreiten von Partikeln durch die Flüssigkeit oder das Gel. Im Falle der Gelelektrophorese kann die Konzentration des Gels gesteuert werden, um die Porengröße der Gelmatrix zu bestimmen, die die Mobilität beeinflusst. Ein flüssiger Puffer ist ebenfalls vorhanden, der den pH-Wert der Umgebung steuert.

Wenn Moleküle durch eine Flüssigkeit oder ein Gel gezogen werden, erwärmt sich das Medium. Dies kann die Moleküle denaturieren und die Bewegungsgeschwindigkeit beeinflussen. Die Spannung wird so gesteuert, dass versucht wird, die Zeit zu minimieren, die zum Trennen von Molekülen erforderlich ist, während eine gute Trennung aufrechterhalten wird und die chemische Spezies intakt bleibt. Manchmal wird die Elektrophorese im Kühlschrank durchgeführt, um die Hitze auszugleichen.

Arten der Elektrophorese

Die Elektrophorese umfasst mehrere verwandte Analysetechniken. Beispiele beinhalten:

• Affinitätselektrophorese - Die Affinitätselektrophorese ist eine Art der Elektrophorese, bei der Partikel auf der Grundlage von Komplexbildung oder biospezifischer Wechselwirkung getrennt werden
• Kapillarelektrophorese - Die Kapillarelektrophorese ist eine Art der Elektrophorese, mit der Ionen hauptsächlich in Abhängigkeit vom Atomradius, der Ladung und der Viskosität getrennt werden. Wie der Name schon sagt, wird diese Technik üblicherweise in einer Glasröhre durchgeführt. Es liefert schnelle Ergebnisse und eine hochauflösende Trennung.
• Gelelektrophorese - Die Gelelektrophorese ist eine weit verbreitete Art der Elektrophorese, bei der Moleküle durch Bewegung durch ein poröses Gel unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes getrennt werden. Die beiden Hauptgelmaterialien sind Agarose und Polyacrylamid. Gelelektrophorese wird verwendet, um Nukleinsäuren (DNA und RNA), Nukleinsäurefragmente und Proteine ​​zu trennen.
• Immunelektrophorese - Immunelektrophorese ist die allgemeine Bezeichnung für eine Vielzahl von elektrophoretischen Techniken, die zur Charakterisierung und Trennung von Proteinen auf der Grundlage ihrer Reaktion auf Antikörper verwendet werden.
• Elektroblotting - Electroblotting ist eine Technik, mit der Nukleinsäuren oder Proteine ​​nach der Elektrophorese gewonnen werden, indem sie auf eine Membran übertragen werden. Die Polymere Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Nitrocellulose werden üblicherweise verwendet. Sobald die Probe gewonnen wurde, kann sie unter Verwendung von Flecken oder Sonden weiter analysiert werden. Ein Western Blot ist eine Form des Elektroblots, mit dem bestimmte Proteine ​​mithilfe künstlicher Antikörper nachgewiesen werden.
• Pulsfeld-Gelelektrophorese - Die Pulsfeldelektrophorese wird verwendet, um Makromoleküle, wie z. B. DNA, durch periodisches Ändern der Richtung des an eine Gelmatrix angelegten elektrischen Feldes zu trennen. Der Grund, warum sich das elektrische Feld ändert, ist, dass die traditionelle Gelelektrophorese nicht in der Lage ist, sehr große Moleküle, die alle dazu neigen, zusammen zu wandern, effizient zu trennen. Durch Ändern der Richtung des elektrischen Feldes erhalten die Moleküle zusätzliche Bewegungsrichtungen, sodass sie einen Weg durch das Gel haben. Die Spannung wird im Allgemeinen zwischen drei Richtungen umgeschaltet: eine entlang der Achse des Gels und zwei in einem Winkel von 60 Grad zu beiden Seiten. Obwohl der Prozess länger dauert als die herkömmliche Gelelektrophorese, ist es besser, große DNA-Stücke zu trennen.
• isoelektrische Fokussierung - Die isoelektrische Fokussierung (IEF oder Elektrofokussierung) ist eine Form der Elektrophorese, bei der Moleküle anhand verschiedener isoelektrischer Punkte getrennt werden. IEF wird am häufigsten an Proteinen durchgeführt, da deren elektrische Ladung vom pH-Wert abhängt.