opracowała dr A. Żylicz-Stachula I. ELEKTROFOREZA ...
opracowała dr A. Żylicz-Stachula I. ELEKTROFOREZA ...
opracowała dr A. Żylicz-Stachula I. ELEKTROFOREZA ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
I. <strong>ELEKTROFOREZA</strong> - PODSTAWY TEORETYCZNE.<br />
1<br />
<strong>opracowała</strong> <strong>dr</strong> A. <strong>Żylicz</strong>-<strong>Stachula</strong><br />
Elektroforeza - ruch cząstek obdarzonych ładunkiem w roztworze wodnym w polu<br />
elektrycznym.<br />
Naładowane cząsteczki poruszają się w kierunku elektrody o przeciwnym ładunku.<br />
Różnorodność ich ładunków i mas, zdolność do dysocjacji lub tworzenia kompleksów<br />
z obdarzonymi ładunkiem składnikami środowiska sprawia, iż w rezultacie różne<br />
cząstki mieszaniny poruszają się z różną prędkością.<br />
Jeżeli w trakcie doświadczenia zachowane zostaną stałe parametry:<br />
� różnica potencjałów<br />
� natężenie prądu<br />
� pH środowiska<br />
� temperatura roztworu<br />
� przewodność roztworu<br />
� lepkość roztworu<br />
to dana cząstka będzie poruszać się ze stałą prędkością.<br />
Siła F działająca na cząstkę w polu elektrycznym jest proporcjonalna natężenia pola<br />
E [V/cm] i ładunku cząstki Q [C].<br />
(1)<br />
Natężenie pola elektrycznego E, definiowane jest jako iloraz napięcia elektrycznego<br />
U (różnicy potencjałów) oraz odległości pomiędzy potencjałami l.<br />
(2) skąd<br />
(3)<br />
Im większe napięcie U - tym większa siła działa na cząsteczkę i szybsza jej migracja,<br />
i odwrotnie im większa odległość l pomiędzy potencjałami (elektrodami), tym<br />
mniejsze natężenie pola E i wolniejsza migracja cząsteczek.<br />
Dlatego aby zapewnić optymalne natężenie pola elektrycznego E w aparatach<br />
większych, o większej odległości pomiędzy elektrodami zwykle prowadzi się<br />
elektroforezę przy wyższym napięciu niż w aparatach małych – o małej odległości<br />
pomiędzy elektrodami.<br />
Im większy jest wypadkowy ładunek elektryczny cząsteczki i natężenie pola<br />
elektrycznego – tym większa jest siła działająca na cząsteczkę. Cząstka osiąga<br />
prędkość graniczną, która jest wypadkową oporu środowiska i pola elektrycznego.<br />
Dla cząsteczki o kształcie kulistym (zgodnie z prawem Stokesa):<br />
E·Q = 6 η r ν (4)<br />
gdzie: η- lepkość środowiska
- promień cząstki<br />
ν- prędkość ruchu cząstki<br />
Ważnym parametrem naładowanych cząstek jest ruchliwość elektroforetyczna, która<br />
zależy od wartości pK naładowanych grup oraz od wielkości cząstek.<br />
Ruchliwość elektroforetyczna (U): jest prędkością ν mierzoną w warunkach<br />
standardowych, wyrażoną na jednostkę pola E.<br />
U = (5)<br />
Czynniki wpływające na ruchliwość elektroforetyczną:<br />
� rodzaj buforu<br />
� stężenie buforu<br />
� pH buforu<br />
� temperatura<br />
� natężenie pola elektrycznego<br />
� właściwości i rodzaj rozdzielanego materiału<br />
Zazwyczaj określa się względną ruchliwość elektroforetyczną Rf, czyli stosunek<br />
odległości migracyjnej badanej substancji od odległości migracyjnej odnośnika.<br />
Podstawę rozdzielenia cząstek za pomocą elektroforezy stanowi różnica prędkości<br />
migracji cząstek w elektrolicie.<br />
Rozdziały elektroforetyczne mogą być prowadzone:<br />
� w roztworach swobodnych np. elektroforeza kapilarna, elektroforeza<br />
konwekcyjna, elektroforeza swobodna według Tiseliusa<br />
� w nośnikach np. bibuła, płytki cienkowarstwowe, żele<br />
Metody rozdziału elektroforetycznego:<br />
Prosta elektroforeza:<br />
podczas której rozdział cząstek odbywa się na podstawie ich ruchliwości w danym<br />
stałym pH i w stałym polu elektrycznym.<br />
Izotachoforeza:<br />
Jest metoda służącą głównie do analizy jakościowej. Podczas izotachoforezy<br />
rozdział prowadzony jest w nieciągłym systemie buforów. Zjonizowana próbka<br />
wę<strong>dr</strong>uje pomiędzy „szybkim’ elektrolitem prowadzącym a „wolnym” elektrolitem<br />
kończącym. Cząstki o najwyższej ruchliwości elektroforetycznej poruszają się tuż za<br />
prowadzącymi jonami, a te o najmniejszej ruchliwości elektroforetycznej wę<strong>dr</strong>ują<br />
bezpośrednio przed elektrolitem kończącym. Tworzą się pasma zależne od stężenia<br />
rozdzielanych substancji.<br />
Ogniskowanie izoelektryczne:<br />
Jest to metoda stosowana do rozdzielania substancji amfoterycznych np. białek i<br />
peptydów. Rozdział prowadzony jest w gradiencie pH. Cząstki przesuwają się w<br />
kierunku anody lub katody do momentu osiągnięcia położenia w gradiencie pH, w<br />
2
którym ich sumaryczny ładunek będzie wynosił zero. Ta wartość pH to tzw. punkt<br />
izoelektryczny.<br />
Istotnym kryterium wyboru metody elektroforetycznej jest rodzaj i charakter<br />
analizowanej substancji. Makrocząsteczki takie jak białka są często wrażliwe na<br />
pewne wartości pH i bufory. Źle dobrane warunki mogą powodować zmiany<br />
konformacji, denaturację, tworzenie kompleksów i interakcje wewnątrzcząsteczkowe.<br />
Należy również unikać efektu przeładowania (zbyt wysokiego stężenia rozdzielanej<br />
substancji w roztworze). Odpowiednio dobrane stężenie odgrywa ważną rolę w<br />
momencie przejścia substancji z roztworu w żel. Do elektroforezy w warunkach<br />
denaturujących (z solą sodową siarczanu dodecylu (SDS)) próbki muszą być<br />
denaturowane, czyli przekształcone w micelle cząsteczka-detergent. Rodzaj<br />
stabilizującego środowiska, np. żelu zależy od rozmiaru cząstki, która ma być<br />
analizowana.<br />
Istotnym czynnikiem jest również dobór odpowiedniego buforu. Elektroforetyczny<br />
rozdział prowadzi się w buforze o ściśle określonym pH i stałej sile jonowej.<br />
Siła jonowa roztworu µ dla mocnych elektrolitów wyraża się równaniem:<br />
(6)<br />
gdzie:<br />
– liczba rodzajów jonów<br />
– stężenie i-tego jonu w mol∙dcm -3<br />
– wartościowość i-tego jonu<br />
Siła jonowa powinna być jak najniższa. Im wyższa jest siła jonowa, tym więcej prądu<br />
przenoszą jony buforu i ruchliwość rozdzielanych cząstek maleje. Duże<br />
rozcieńczenie buforu może powodować wypadanie niektórych białek z roztworu.<br />
Konsekwencją przepływu prądu przez roztwór jest wydzielanie ciepła Joul’a, które<br />
powoduje powstawanie prądów konwekcyjnych, utrudniających należyty rozdział.<br />
Jeśli natomiast roztwór jest stabilizowany (np. bibułą czy żelem), to wywiązujące się<br />
ciepło powoduje zagęszczenie elektrolitu na pasku, czego konsekwencją są znaczne<br />
zmiany natężenia pola elektrycznego zachodzące wzdłuż paska w czasie trwania<br />
elektroforezy. Dlatego lepiej stosować w zasilaczu stałe natężenie (mA) niż stałe<br />
napięcie prądu (V).<br />
Do elektroforezy powinno się stosować bufory o minimalnej pojemności, żeby pH<br />
analizowanej próbki nie miało wpływu na cały system. Ważny jest też rozmiar<br />
naczynia do elektroforezy. Odpowiednio dobrany umożliwi zachowanie stałego i<br />
stałej siły jonowej. W systemach kapilarnych i pionowych wartość pH buforu ustala<br />
się w ten sposób, aby wszystkie cząsteczki badanej próbki były naładowane albo<br />
ujemnie albo dodatnio i wę<strong>dr</strong>owały w polu elektrycznym w określonym kierunku.<br />
Ciepło Joul’a:<br />
Podczas elektroforezy prąd wykonuje w żelu pracę, która powoduje wzrost<br />
temperatury żelu. Efekt ten zwiększa dyfuzję polijonów podczas elektroforezy i<br />
dlatego limituje użycie bardzo wysokich napięć podczas elektroforezy.<br />
Ciepło Joul’a w – definiujemy jako moc wydzielaną w objętości podczas elektroforezy<br />
3
(7)<br />
gdzie w- ciepło Joul’a P - moc prądu [W], V- objętość w której wydzielana jest moc<br />
[m 3 ]<br />
Ponieważ moc to iloczyn napięcia i natężenia prądu<br />
(8)<br />
gdzie U - napięcie [V], I - natężenie prądu [A],<br />
a z prawa Ohma wynika:<br />
(9)<br />
gdzie I natężenie prądu [A], U napięcie prądu [V] , R – opór żelu [Ω],<br />
Z równań (7), (8) i (9) otrzymujemy<br />
(10)<br />
Ciepło Joul’a jest więc proporcjonalne do kwa<strong>dr</strong>atu napięcia prądu.<br />
Aby nie przegrzać żelu i nie doprowadzić do denaturacji lub nadmiernej dyfuzji<br />
biomolekuł (wzrastającej wraz z temperaturą) – rozmyte prążki - stosuje się podczas<br />
elektroforezy ograniczone napięcia.<br />
Dla elektroforezy agarozowej DNA/RNA napięcie nie powinno przekraczać 5V/cm.<br />
Dla elektroforezy w żelach poliakrylamidowych moc P wydzielana podczas<br />
elektroforezy nie powinna przekraczać 5 [W]. Prowadzenie elektroforezy przy<br />
wyższej mocy w aparatach nie posiadających efektywnego systemu odbierania<br />
ciepła może powodować dużą dyfuzję bierną cząsteczek (nieostre prążki),<br />
nierównomierną migrację związaną z przegrzewaniem się środka żelu (efekt<br />
uśmiechu), utratę różnic konformacyjnych (SSCP) lub w przypadku natywnej<br />
elektroforezy białek – denaturację białek.<br />
Prowadzenie elektroforezy przy niskim napięciu redukuje moc wydzielaną w żelu – a<br />
więc obniża ciepło Joul’a i wpływa pozytywnie na jakość rozdziału<br />
elektroforetycznego. W niższej temperaturze dyfuzja bierna biomolekuł podczas<br />
elektroforezy jest mniejsza – prążki są bardziej ostre. Prowadzenie elektroforezy przy<br />
niskim napięciu (małej mocy) wydłuża jednak proporcjonalnie czas elektroforezy,<br />
dlatego dużą zaletą jest możliwość schłodzenia żelu podczas elektroforezy, którą<br />
dają aparaty z chłodzeniem.<br />
Rozdział elektroforetyczny ze stałą mocą.<br />
Rozwiązaniem problemu niekontrolowanego przegrzewania się żeli jest prowadzenie<br />
rozdziału elektroforetycznego ze stałą mocą (W=const.).<br />
Zasilacze umożliwiające utrzymywanie stałej mocy podczas rozdziału<br />
elektroforetycznego automatycznie dobierają napięcie U w czasie trwania<br />
elektroforezy, aby utrzymać moc W na stałym zaprogramowanym poziomie.<br />
4
Z równań (8) i (9) wynika:<br />
(11) gdzie P- moc [W], U- napięcie [V], R- opór [Ω]<br />
Ponieważ opór żelu R zazwyczaj rośnie w trakcie elektroforezy, prowadzenie<br />
elektroforezy przy stałym napięciu prowadzi do niekontrolowanych zmian mocy<br />
wydzielanej w postaci ciepła Joul’a, zaś prowadzenie elektroforezy przy stałej mocy<br />
wymaga korekt napięcia.<br />
Czas elektroforezy:<br />
Podczas prowadzenia rozdziału elektroforetycznego ze stałą mocą długość<br />
elektroforezy mierzona w czasie (np. w minutach) nie jest miarodajną wielkością<br />
określającą przebieg elektroforezy ze względu na zmiany napięcia U. Parametrem<br />
pozwalającym na w sposób powtarzalny określić długość elektroforezy są<br />
woltogodziny. Jest to iloczyn napięcia U oraz czasu mierzony przez zasilacze<br />
posiadające integrator Vh.<br />
(11)<br />
gdzie Vh- woltogodziny [V*min], U- napięcie [V], T- czas [min]<br />
Prowadzenie elektroforezy przy stałej mocy oraz pomiar długości jej trwania przy<br />
pomocy woltogodzin, umożliwia prowadzenie rozdziałów elektroforetycznych<br />
charakteryzujących się wysoką jakością i dużą powtarzalnością.<br />
Zastosowanie elektroforezy:<br />
� preparatywne i ilościowe wydzielenie z badanych mieszanin czystych frakcji<br />
� określenie czystości i jednorodności badanych substancji<br />
� oznaczanie punktu izoelektrycznego badanych substancji<br />
� oznaczenie masy cząsteczkowej badanych substancji<br />
� zastosowanie do celów diagnostycznych i badawczych<br />
� zakres zastosowania rozciąga się od całych komórek i cząstek przez kwasy<br />
nukleinowe, białka, peptydy, aminokwasy, organiczne kwasy i zasady do<br />
narkotyków, pestycydów, nieorganicznych kationów i anionów (czyli<br />
wszystkiego, co może nosić ładunek)<br />
II. <strong>ELEKTROFOREZA</strong> POLIAKRYLAMIDOWA BIAŁEK W WARUNKACH<br />
NATYWNYCH.<br />
Elektroforeza natywna:<br />
Pozwala na rozdział elektroforetyczny białek ze względu na ich gęstość ładunku.<br />
Bufory użyte podczas elektroforezy natywnej pozwalają na utrzymanie białek w<br />
stanie niedenaturowanym. Enzymy po elektroforezie zachowują swoją aktywność.<br />
Elektroforeza natywna jest używana głównie do określenia czystości białek – np.<br />
oznaczenia czystości preparatyki enzymów. W elektroforezie natywnej białek używa<br />
się nieciągłego systemu buforowego. Stosowane są dwa żele – zagęszczający o<br />
niższym stężeniu akrylamidów i niższym pH, oraz rozdzielający o mniejszych porach<br />
(wyższe stężenie akrylamidów) i wyższe pH. Rozwiązanie to, stosowane także w<br />
żelach denaturujących, umożliwia uzyskanie zagęszczenia preparatu na styku żeli i<br />
5
migracji białek w żelu rozdzielającym w postaci ostrych prążków. Dodatkowym<br />
zabiegiem pozwalającym na poprawienie jakości rozdziałów – uzyskanie ostrych<br />
prążków jest naniesienie na górną krawędź żelu rozdzielającego wody nasączonej nbutanolem.<br />
Na górną krawędź żelu rozdzielającego, przed wylaniem żelu<br />
zagęszczającego, należy ostrożnie pipetą (tak aby nie spowodować zmieszania<br />
niespolimeryzowanego akrylamidu) nakropić niewielką 0,1-0,5 ml ilość wody<br />
nasączonej n-butanolem. Odetnie to dostęp powietrza do górnej krawędzi żelu<br />
rozdzielającego, umożliwi jego pełna polimeryzację i zapewni ostry gradient pH. Ten<br />
prosty zabieg wpływa w znacznym stopniu na poprawienie rozdzielczości rozdziałów<br />
elektroforetycznych białek.<br />
III. <strong>ELEKTROFOREZA</strong> POLIAKRYLAMIDOWA BIAŁEK W WARUNKACH<br />
DENATURUJĄCYCH (SDS-PAGE).<br />
Elektroforeza w żelu poliakrylamidowym jest użyteczną i powszechnie stosowaną<br />
metodą rozdziału i charakterystyki białek. Jest to stosunkowo prosta i szybka<br />
technika. Na jednym żelu można przeprowadzić jednocześnie analizę wielu próbek, a<br />
rozdzielane białka można skutecznie wykrywać w żelu np. metodami barwienia,<br />
immunoprecypitacji czy autoradiografii. Można więc stosować tę technikę na przykład<br />
przy analizie białek we frakcjach zbieranych w trakcie rozdziału na kolumnie<br />
chromatograficznej.<br />
Żel poliakrylamidowy powstaje w wyniku polimeryzacji monomerów akrylamidowych<br />
w długie łańcuchy, które następnie łączone są kowalencyjnie przez N,N’-metylenobis-akrylamid<br />
(Rys. 2,3). Gęstość żelu zależy od całkowitego stężenia obu<br />
składników, natomiast stopień usieciowania zależy od stężenia bis-akrylamidu.<br />
Reakcja polimeryzacji jest inicjowana przez wolne rodniki dostarczone przez<br />
N,N,N’,N’-czterometylo-etylenodwuaminę (TEMED) i stabilizowane przez<br />
nadsiarczan amonu (Rys. 1). Polimeryzacja zachodzi bez dostępu tlenu, który jest<br />
inhibitorem tej reakcji. Możliwa jest także fotopolimeryzacja, czynnikiem inicjującym<br />
reakcję polimeryzacji jest wówczas UV.<br />
Rys. 1 Chemiczne struktury związków stosowanych do przygotowania żeli poliakrylamidowych.<br />
6
Rys.2 Polimeryzacja bez udziału bisakrylamidu.<br />
Rys. 3 Polimeryzacja z udziałem bisakrylamidu.<br />
Utworzony żel służy jako nośnik do rozdziału elektroforetycznego, funkcjonując<br />
jednocześnie jak sito molekularne, co wpływa na skuteczny rozdział<br />
makrocząsteczek.<br />
Parametrami charakteryzującymi mieszankę akrylamidów są:<br />
� stężenie akrylamidu oznaczane jako T – jest to oznaczona % (w/v) ilość<br />
akrylamidu i bisakrylamidu w objętości roztworu.<br />
� stężenie cross-linker'ów oznaczane jako C - jest to % (w/w) wyrażony<br />
stosunek ilości cross-linkerów do ilości akrylamidu i cross-linkerów. Np.<br />
oznaczenie 20% T, 5 % C oznacza że roztwór zawiera 20% (w/v) akrylamidów<br />
w stosunku akrylamidu do bisakrylamidu jak 19:1.<br />
Wielkość porów tego sita uwarunkowana jest zarówno przez stężenie akrylamidu (ze<br />
wzrostem stężenia wielkość porów maleje), jak i poprzez stopień usieciowania.<br />
Wielkość ta musi być właściwie dobrana do wielkości rozdzielanych cząsteczek.<br />
Najczęściej używa się żeli o stężeniu akrylamidu 7.5% - 10%, lecz przy rozdziale<br />
7
cząsteczek bardzo dużych (rzędu 100 kDa), stosuje się żele o bardzo niskim<br />
stężeniu akrylamidu, nawet 2.5%. Do rozdziału bardzo małych białek (m.cz. rzędu<br />
2000 Da) używa się żeli zawierających 20% a nawet 30% akrylamidu. Ze wzrostem<br />
czynnika sieciującego wielkość porów również maleje; stężenie to decyduje także o<br />
własnościach mechanicznych żelu, jego elastyczności i przejrzystości.<br />
Żel poliakrylamidowy może być formowany w rurkach lub jako żel płytowy o grubości<br />
najczęściej 0.75-1.5 mm. Ze względu na możliwość naniesienia jednocześnie na<br />
jeden żel wielu próbek, obecnie preferowana jest forma płytowa. Najczęściej stosuje<br />
się elektroforezę w tzw. żelu nieciągłym, w którym próbkę nanosi się na żel<br />
zagęszczający (o dużych porach) spolimeryzowany na wierzchu żelu rozdzielającego<br />
(o małych porach). W tej technice bufor używany jako bufor elektrodowy oraz bufory<br />
wchodzące w skład obu żeli różnią się składem i pH. Zaletą tego systemu jest<br />
koncentracja białek podczas wę<strong>dr</strong>ówki przez żel zagęszczający, co powoduje, że<br />
niezależnie od objętości próbki białka wchodzą w żel rozdzielający w postaci<br />
wąskiego, zatężonego pasma.<br />
Użycie anionowego detergentu soli sodowej kwasu dodecylosiarkowego (SDS – ang.<br />
Sodium Dodecyl Sulfate) pozwala na rozdział elektroforetytczny białek zgodnie z ich<br />
masą cząsteczkową. Przed i w trakcie elektroforezy białka ulegają dysocjacji i<br />
denaturacji w obecności SDS, który łączy się z białkami specyficznie w stosunku<br />
masowym 4,1:1. Zapewnia to przejęcie przez białko ujemnego ładunku elektrycznego<br />
netto o stałej gęstości bez względu na jego długość. Dla całkowitego rozwinięcia<br />
polipeptydu, zapewnienia mu pierwszorzędowej struktury, niezbędne jest dodatkowo<br />
zniszczenie mostków dwusiarczkowych (β-merkaptoetanol lub ditiotretiol).<br />
Opłaszczenie białka przez SDS oraz redukcja mostków dwusiarczkowych pozwala<br />
na separację białek w żelu poliakrylamidowym ze względu na ich wielkość, a zatem<br />
pośrednio masę cząsteczkową. Szybkość migracji w SDS-PAGE nie jest<br />
determinowana przez ładunek elektryczny białka zależny od pH i jego konformację<br />
ale przez masę białka.<br />
Dzięki możliwości rozdziału białek na podstawie ich wielkości możemy oznaczyć<br />
masę cząsteczkową nieznanego białka, porównując jego położenie w żelu w<br />
stosunku do innych białek (tzw. białek wzorcowych) po zakończonej migracji i<br />
wybarwieniu.<br />
Próbki nanosi się na żel po 5 minutowym ogrzaniu w 100 o C (we wrzącej łaźni wodnej<br />
lub w bloku grzejnym) w buforze denaturującym. Wchodząca w skład buforu<br />
denaturującego sacharoza obciąża próbki, ułatwiając ich umieszczenie w studzience.<br />
W obecności SDS i czynnika redukującego wiązania dwusiarczkowe (βmerkaptoetanolu)<br />
białka ulegają denaturacji (rozdzielają się na podjednostki) a ich<br />
wiązania niekowalencyjne ulegają rozkładowi. Początkowo rozdział prowadzi się przy<br />
małym napięciu (60 V), aby białka jak najlepiej weszły w pory żelu. Następnie<br />
zwiększa się napięcie (do 120 V), przyspieszając przepływ białek. Rozdział prowadzi<br />
się w buforze glicynowym. Odpowiednie napięcie wraz z użyciem żelu o mniejszym<br />
stężeniu akrylamidów w stosunku do żelu dolnego pozwala na zagęszczenie próbek.<br />
Efekt taki uzyskujemy dzięki glicynie i jonom chlorkowym zawartym w buforze<br />
elektrodowym. Glicyna w pH 6.8 górnego żelu (wyższym od jej punktu<br />
izoelektrycznego pI 6.3) przyjmuje ładunek lekko ujemny. W porównaniu z silnym<br />
ładunkiem ujemnym jonów chlorkowych i białka (dzięki obecności SDS) jest to<br />
ładunek znikomy. Glicyna jako cząsteczka o najmniejszym ładunku wypadkowym<br />
8
ujemnym wę<strong>dr</strong>uje więc najwolniej ku anodzie. Przed nią przemieszczają się białka<br />
poprzedzone przez jony chlorkowe, charakteryzujące się dużą ruchliwością<br />
elektroforetyczną. Takie rozmieszczenie w żelu migrujących cząsteczek powoduje<br />
zagęszczenie próbki. Dzięki temu naniesione białka wchodzą równocześnie w żel<br />
dolny. Przejście białek z żelu górnego do dolnego rozpoczyna proces ich właściwego<br />
rozdziału. Żel dolny, poza stężeniem akrylamidów, a co się z tym wiąże wielkością<br />
porów, różni się od żelu górnego również pH, które wynosi 8.8. Takie pH jest<br />
znacznie wyższe od pI glicyny, co powoduje, że wypadkowy ładunek aminokwasu<br />
staje się bardziej ujemny (wraz ze zmniejszeniem liczby jonów H + zwiększa się ilość<br />
cząsteczek glicyny ze zjonizowanymi grupami karboksylowymi). Zmiana ładunku<br />
glicyny jest przyczyną zmiany opisanej wcześniej kolejności migracji. Białka wę<strong>dr</strong>ują<br />
za jonami chlorkowymi i glicyną, ulegając rozdziałowi pod względem masy<br />
cząsteczkowej.<br />
Białka w żelu można wybarwić następującymi metodami:<br />
1. Barwienie w roztworze Coomassie Brilliant Blue R-250.<br />
2. Barwienie srebrem (np. według metody: Nesterenko i wsp., 1994).<br />
3. Barwienie roztworem czerni amidowej.<br />
Pojawia się wówczas seria prążków (Rys.4). Po wybarwieniu błękitem Coomassiego<br />
już 0.1 g (około 2 pmol) białka daje wyraźny prążek, a jeszcze mniejszą ilość (około<br />
0.02 g) można uwidocznić wybarwiając srebrem. Tą metodą można na ogół<br />
rozdzielić białka różniące się masą cząsteczkową o około 2% (np. 40 i 41 kDa, co<br />
odpowiada różnicy około 10 reszt aminokwasowych). Znakowane białko można<br />
zlokalizować metodą autoradiografii, umieszczając na żelu błonę rentgenowską.<br />
Małe białka poruszają się w żelu szybko, natomiast duże zatrzymują się na górze,<br />
blisko miejsca nałożenia mieszaniny na żel. W tych warunkach ruchliwość większości<br />
łańcuchów polipeptydowych jest liniowo proporcjonalna do logarytmu ich masy<br />
cząsteczkowej. Jednak do tej empirycznej zależności stosują się nie wszystkie<br />
białka: np. niektóre białka bogate w reszty węglowodanowe i białka błonowe migrują<br />
nietypowo.<br />
Przykładowy rozdział białek w żelu poliakrylamidowym przedstawiono na Rys. 4. Żel<br />
barwiono Coomassie Brilliant Blue R-250.<br />
Elektroforezę typu SDS-PAGE możemy wykorzystać do sprawdzenia wydajności<br />
stosowanej procedury izolacji, poddając rozdziałowi każdą frakcję z poszczególnych<br />
etapów oczyszczania. Frakcje z pierwszych etapów rozdzielą się na dziesiątki, a<br />
nawet setki białek, a w miarę postępu procesu oczyszczania ich liczba będzie się<br />
zmniejszała, aż do pojawienia się jednego z nich, najbardziej intensywnego,<br />
odpowiadającemu białku, które oczyszczamy (Rys. 4).<br />
9
nr ścieżki<br />
1 2 3 4 5 6 7<br />
Rys. 4 Rozdział elektroforetyczny w żelu SDS-poliakrylamidowym (8%) białek uzyskanych z<br />
poszczególnych etapów izolacji rekombinowanej endonukleazy restrykcyjnej TspGWI.<br />
ścieżka 1: wzorzec masowy (Sigma)<br />
ścieżka 2: wzorzec masowy (Pharmacia)<br />
ścieżka 3: lizat białkowy<br />
ścieżka 4: preparat po wytrąceniu białek siarczanem amonu w przedziale 35-65%<br />
ścieżka 5: preparat po chromatografii na złożu Fosfocelulozy (P11)<br />
ścieżka 6: preparat po zagęszczaniu i dializie do buforu do przechowywania<br />
ścieżka 7: preparat natywnej REazy TspGWI<br />
PIŚMIENNICTWO:<br />
116 kDa<br />
84 kDa<br />
67 kDa<br />
1. Berg J.M, Tymoczko J.L, Stryer L. (2005) Biochemia. (według V wyd.<br />
amerykańskiego) Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.<br />
2. Jóźwiak Z., Bartosz G. Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami.<br />
PWN (2007)<br />
3. Kur J. (1994) Podstawy inżynierii genetycznej. Wydawnictwo Politechniki<br />
Gdańskiej.<br />
4. http://www.kucharczyk.com.pl/ (Przepisy i porady)<br />
5. Maniatis T., Fritsch E.F., Sambrook J. (1982) Molecular Cloning. A Laboratory<br />
Manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.<br />
6. Nesterenko M.V., Tilley M., Upton S.J. (1994) A simple modification of Blum's<br />
silver stain method allows for 30 minute detection of proteins in polyacrylamide<br />
gels. J.Biochem.Biophys.Methods 28: 239-242.<br />
10<br />
TspGWI