Điện di

Điện di (electrophoresis) - cùng với sắc ký - là những kỹ thuật quan trọng trong lĩnh vực hóa học, hóa sinh và sinh học phân tử. Điện di thường được dùng trong việc tinh sạch và phân tích các phân tử sinh học như nucleic acid, protein và một số ít phức hợp của carbohydrat, lipid.

Nguyên lý hoạt động

Điện di là hiện tượng dịch chuyển của các vật thể mang điện tích dưới tác động của điện trường. Sự dịch chuyển này do thành phần lực điện trong lực Lorentz.

Điện di trên gel (gel electrophoresis) áp dụng trong sinh học phân tử là một kĩ thuật để phân tích các phân tử DNA, RNA hay protein dựa trên các đặc điểm vật lý của chúng như kích thước, hình dạng hay điểm đẳng điện tích (isoelectric point). Kĩ thuật này sử dụng một dung dịch đệm (buffer) để dẫn diện và tạo điện trường đều, một bản gel (thường là agarose hay polyacrylamide) đóng vai trò là thể nền để phân tách các phân tử, và các chất nhuộm khác nhau (ethidium bromide, bạc, xanh Coomassie) để phát hiện vị trí các phân tử trên gel sau khi điện di. Kĩ thuật điện di hoạt động nhờ vào lực kéo của điện trường tác động vào các phân tử tích điện và kích thước lỗ của thể nền (gel). Gel cấu tạo bởi các chuỗi cao phân tử (polymer) được liên kết chéo với nhau tạo thành một hệ thống mạng lưới với kích thước các mắc lưới tùy thuộc vào nồng độ chất cao phân tử (agarose, polyacrylamide) và phản ứng tạo liên kết chéo. Các phân tử được phân tách khi di chuyển trong gel với vận tốc khác nhau nhờ vào sự khác nhau của (a) lực của điện trường tác động lên chúng (nếu các phân tử tích điện khác nhau) (b) kích thước của phân tử so với kích thước lỗ của gel và (c) hình dạng, độ cồng kềnh của phân tử.

Chuẩn bị gel

Gel agarose

Là một loại đường đôi được tinh chiết từ rong biển. Tạo nên từ D-galatose và 3,6-anhydro L-galatose có cấu tạo dạng lưới. Trong điện di thường dùng để điện di DNA. Được dùng làm thức ăn vào thế kỉ thứ 17.

Các kỹ thuật điện di thường sử dụng

Điện di trên gel agarose

điện di trên gel agarose là phương pháp thông thường để giải quyết DNA trong phòng thí nghiệm. Gel agarose có thấp hơn năng suất phân giải cho DNA hơn gel acrylamide, nhưng họ có phạm vi lớn hơn của tách, và do đó thường được sử dụng cho các đoạn ADN với độ dài của 50-20,000 bp ( cặp base ), mặc dù độ phân giải của hơn 6 Mb có thể với xung điện di gel trường (PFGE). [16] Nó cũng có thể được sử dụng để tách các phân tử protein lớn, và nó là ma trận ưu tiên cho điện di gel của các hạt có bán kính hiệu quả lớn hơn 5-10 nm.

Kích thước lỗ chân lông của gel ảnh hưởng đến kích thước của DNA có thể được thuyên giảm. Nồng độ gel càng thấp thì kích thước lỗ càng lớn, và DNA càng lớn thì càng tốt. Tuy nhiên, gel có nồng độ thấp (0,1 - 0,2%) rất mỏng manh và do đó khó xử lý, và điện di của các phân tử DNA lớn có thể mất vài ngày. Giới hạn độ phân giải của điện di gel agarose chuẩn là khoảng 750 kb. Giới hạn này có thể được khắc phục bởi PFGE, nơi mà các trường điện trực giao xen kẽ được áp dụng cho gel. Các mảnh ADN định hướng lại bản thân khi trường ứng dụng chuyển hướng, nhưng các phân tử ADN lớn hơn mất nhiều thời gian hơn để tự điều chỉnh khi điện trường bị thay đổi, trong khi điện trường nhỏ hơn, và DNA có thể được phân chia theo kích thước.

Gel agarose được đúc trong khuôn, và khi được đặt, thường chạy theo chiều ngang ngập trong dung dịch đệm. Bộ đệm Tris-acetate-EDTA và Tris-Borate-EDTA thường được sử dụng, nhưng các bộ đệm khác như Tris-phosphate, barbituric acid-sodium barbiturate hoặc Tris- barbiturate buffer có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác. DNA thường được hình dung bằng cách nhuộm với ethidium bromide và sau đó được xem dưới ánh sáng tia cực tím , nhưng các phương pháp nhuộm màu khác có sẵn, chẳng hạn như SYBR Green , GelRed , xanh methylen và tinh thể tím. Nếu các đoạn DNA tách rời là cần thiết cho thí nghiệm tiếp tục ở hạ lưu, chúng có thể được cắt ra từ gel trong lát để thao tác tiếp theo.

Điện di trên gel polyacrylamid

Kỹ thuật điện di thường áp dụng cho protein.

Xem thêm

• Điện di thuốc trị liệu