الکتروفورز

با الکتروفور اشتباه نشود.

الکتروفورز (به انگلیسی: Electrophoresis) به حرکات ذرات در یک مایع تحت میدان الکتریکی گویند. الکتروفورز 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 الکتروفورز استفاده می‌شود. روش‌های مختلف الکتروفورزی برای تفکیک و مطالعه بیومولکولها اعم از اسیدهای نوکلئیک یا پروتئین‌ها ابداع شده‌است.

به طورکلی الکتروفورز حرکت ذرات پراکنده در داخل مایعی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی یکنواخت است. همین حرکت در فضایی با میدان الکتریکی غیریکنواخت دی الکتروفورز نامیده می‌شود. الکتروفورز 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.

الکتروفورز ژل

تصویر شماتیک از فرایند الکتروفورز

از یک محیط نیمه جامد (ژل) به عنوان فاز ثابت استفاده می‌شود. این نوع الکتروفورز برحسب نوع ژل به کار گرفته شده به دو نوع الکتروفورز ژل پلی آکریل آمید (PAGE) و الکتروفورز ژل آگارز تقسیم می‌شود. الکتروفورز 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 DNA (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 DNA دو رشته‌ای و قطعات DNA 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 DNA به صورت تک رشته‌ای باشد، از مواد تغییر دهنده نظیر اوره، فرمالدهید یا فرمامید در ژل هم‌زمان با الکتروفورز 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.

الکتروفورز عادی

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

دستگاه الکتروفورز هوشمند

پس از سال‌ها خدمت الکتروفورز ساده به علوم مولکولی، ناگزیر الکتروفورز هوشمند طراحی شد. این سیستم قادر است پس از رؤیت باندهای آبی رنگ DNA 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 الکتروفورز 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 الکتروفورز هوشمند

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

1. تنظیم مقدار بافر تشتک ها
   
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.