الکتروفورز

با الکتروفور اشتباه نشود.

الکتروکوچ یا الکتروفورز (به انگلیسی: Electrophoresis) به حرکات ذرات در یک مایع تحت میدان الکتریکی گویند. الکتروکوچ از شناخته شده‌ترین روش‌های آزمایشگاهی برای جداسازی بیومولکول‌ها است.

به سبب اینکه ماکرومولکولهای زیستی مانند دی‌ان‌ای و پروتئینها باردار هستند می‌توان با قرار دادن آن‌ها در یک میدان الکتریکی، آن‌ها را بر اساس خواص فیزیکی مانند شکل فضایی، وزن مولکولی و بار الکتریکی، تفکیک کرد. برای این منظور از روشی بنام الکتروکوچ استفاده می‌شود. روش‌های مختلف الکتروکوچی برای تفکیک و مطالعه بیومولکول‌ها اعم از اسیدهای نوکلئیک یا پروتئین‌ها ابداع شده‌است.

به‌طورکلی الکتروکوچ حرکت ذرات پراکنده در داخل مایعی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی یکنواخت است. همین حرکت در فضایی با میدان الکتریکی غیریکنواخت دی‌الکتروکوچ نامیده می‌شود. الکتروکوچ تکنیکی است که برای جداسازی و در برخی مواقع خالص‌سازی ماکرومولکول‌ها به‌ویژه پروتئین‌ها و اسیدهای آمینه که در اندازه، بار و ترکیب متفاوتند، به کار می‌رود. زمانیکه مولکول‌های بارگذاری شده در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، بر اساس بار الکتریکی‌شان به سمت قطب مثبت (آند) یا منفی (کاتد) حرکت می‌کنند. سرعت حرکت مولکول‌ها در این شرایط نه تنها تحت تأثیر بار الکتریکی و شدت میدان الکتریکی است، بلکه عواملی نظیر اندازه، وزن مولکولی و شکل فضایی مولکول نیز در این امر دخیل هستند.

الکتروکوچ ژل

تصویر شماتیک از فرایند الکتروکوچ

از یک محیط نیمه جامد (ژل) به عنوان فاز ثابت استفاده می‌شود. این نوع الکتروکوچ برحسب نوع ژل به کار گرفته شده به دو نوع الکتروکوچ ژل پلی آکریل آمید (PAGE) و الکتروکوچ ژل آگارز تقسیم می‌شود. الکتروکوچ PAGE دارای قدرت تفکیک بسیار بالائی بوده و برای تفکیک پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک به کار گرفته می‌شود. به منظور بررسی پروتئین‌ها با استفاده از PAGE، به سبب اینکه پروتئین‌ها دارای بارهای مختلفی هستند، معمولاً برای اینکه تفکیک فقط براساس وزن مولکولی انجام شود به بافر ماده شیمیائی SDS (سدیم دو دسیل سولفات) اضافه می‌شود. SDS مولکول بزرگی با بار منفی می‌باشد. این ماده باعث تغییر در ساختار پروتئین‌ها شده و به آن‌ها متصل می‌شود. به ازای هر دو اسید آمینه، یک مولکول SDS به پروتئین متصل می‌شود که باعث القاء بارمنفی متناسب با وزن مولکولی به پروتئین می‌شود. هر چه غلظت پلی اکریل آمید بیشتر باشد قدرت تفکیک ژل بیشتر خواهد بود و مولکول‌های دارای وزن مولکولی نزدیک به هم را بهتر تفکیک می‌نماید.

برای تفکیک اسیدهای نوکلئیک در صورت امکان از ژل آگارز استفاده می‌شود. تهیه ژل مزبور به مراتب سریعتر وآسانتر از ژل پلی اکریل آمید بوده و هزینه کمتری را در بر می‌گیرد. معمولاً برای تفکیک قطعات بزرگ دی‌ان‌ای (بزرگ‌تر از صد جفت باز) در صورتی‌که هدف صرفاً بررسی کیفی و تفکیک باشد استفاده از ژل آگارز انتخاب اول است. برای تفکیک قطعات کوچک دی‌ان‌ای دو رشته‌ای و قطعات دی‌ان‌ای تک رشته‌ای از ژل پلی اکریل آمید استفاده می‌شود. قدرت تفکیک ژل‌های مزبور ارتباط مستقیمی با غلظت آن‌ها دارد. برای مثال، برای تفکیک قطعاتی به اندازه صد تا هزار جفت باز از آگاروز یک درصد و برای قطعات بزرگتر از درصدهای کمتر از یک آگارز استفاده می‌شود. در صورتی‌که نیاز به تفکیک دی‌ان‌ای به صورت تک رشته‌ای باشد، از مواد تغییر دهنده نظیر اوره، فرمالدهید یا فرمامید در ژل هم‌زمان با الکتروکوچ استفاده می‌شود. به این نوع ژل‌ها، ژل واسرشت‌کننده می‌گویند. چنین ژل هائی پیچ و تاب‌های اسیدهای نوکلئیک را از هم باز کرده و بنابراین تفکیک مولکول‌ها فقط براساس طول و نه ساختار دوم انجام می‌شود. در این ژل‌ها مولکول‌های کوچک‌تر در مقایسه با مولکول‌های بزرگ‌تر سریعتر حرکت کرده و مسافت بیشتری را طی می‌کنند. از روش PAGE برای بررسی جهش‌ها و تعیین توالی دی‌ان‌ای استفاده می‌شود.

الکتروکوچ عادی

آند این دستگاه از جنس گرافیت است. همین ویژگی سبب کاهش چشمگیر قیمت آن شده‌است.

دستگاه الکتروکوچ هوشمند

پس از سال‌ها خدمت الکتروکوچ ساده به علوم مولکولی، ناگزیر الکتروکوچ هوشمند طراحی شد. این سیستم قادر است پس از رؤیت باندهای آبی رنگ دی‌ان‌ای تماس تلفنی با کاربر خود برقرار و دستور خاموش شدن را به صورت تلفنی دریافت کند. توانایی دیگر این سیستم، کنترل دمای بافر و مقدار بافر است. این نوع الکتروکوچ از طریق سیستم پمپینگ مقدار بافر نشت کرده به تشتک پایین را به تشتک بالا انتقال می‌دهد و از طریق E-cooler دمای مضر سیستم را کاهش می‌دهد.

مزیت‌های الکتروکوچ هوشمند

۱- اعلام هشدار پایان کار الکتروکوچ
۲- خنک‌سازی الکترونیکی در کمترین حجم با استفاده از E-cooler ۲

1. تنظیم مقدار بافر تشتک‌ها
2. اعلام وضعیت‌های بحرانی از طریق تماس تلفنی خودکار
3. اعلام هشدار قطع جریان برق الکترودها

منابع

Brown TA (2001)Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction. Blackwell Scientific Publication, Oxford.

Primrose SB, Twyman RM ,Old RW (2001) Principles of Gne Manipulation ,6th edn. Blackwell Scientific Publication, Oxford.