elektroforese

Elektroforese er vandring av elektrisk ladde partikler under påvirkning av et elektrisk felt. Begrepet brukes også om metoder der denne vandringen benyttes til analyse og separasjon av kjemiske forbindelser.

Positivt ladde partikler vandrer i feltet mot den negative polen, og negative vandrer mot den positive polen. Dersom feltet er konstant, beveger hver partikkel seg med en konstant hastighet som bestemmes av feltstyrken, løsningens viskositet og partiklenes ladning, form og størrelse. Forskjellige partikler vandrer derfor med ulik hastighet, og dette er grunnen til at elektroforese har betydning som verktøy for separasjon av molekyler og andre partikler i sammensatte blandinger.

Anvendelse

Biomolekyler som peptider, proteiner og nukleinsyrer (DNA og RNA), men også bakterier og virus er elektrisk ladde i løsning. De kan skilles med elektroforese, som derfor har stor betydning i biokjemi, medisin og molekylærbiologi. Innen disse fagområdene brukes elektroforese både til analyse og til renfremstilling av enkeltkomponenter i blandingene.

Elektroforese er et viktig verktøy i genteknikk, der den brukes til å bestemme den genetiske informasjonen i DNA.

Elektroforese brukes videre diagnostisk i medisin for å påvise forandringer som enkelte sykdommer fører til i proteiner i blod og andre kroppsvæsker. Elektroforese av proteiner gir forskjellig mønstre for forskjellige dyre- og plantearter, også for individer i samme art. Det brukes i landbruksforskningen til identifikasjon og beskrivelse av planter og i næringsmiddelkontrollen for å bestemme hvilken dyreart kjøttet kommer fra. I biologisk taksonomi brukes elektroforese til å bestemme slektskapet mellom arter.

Metoder

Normalt utføres elektroforesen i vann som er gjort ledende med løste elektrolytter. Fordi ladningen på forbindelsene som skal skilles som regel er pH-avhengig (surhetsavhengig), velges elektrolyttsystem som har evnen til å holde jevn surhetsgrad.

I de fleste elektroforeseteknikker brukes et porøst medium til løsningen, vanligvis en gel. Ofte brukes gelen som en tynn rektangulær skive der flere prøver kan settes av ved siden av hverandre, slik at de kan sammenlignes. Forbindelsene som skal separeres, er som regel usynlige, og må derfor farges eller merkes radioaktivt. På den måten kan mengder på mindre enn en milliondels gram påvises.

Den vanligste teknikken er soneelektroforese i en gel i et konstant elektrisk felt. Dette brukes blant annet i analyse av nukleinsyrer (DNA). I porøse geler med små porer skilles DNA-fragmenter svært godt etter størrelse. Dette brukes blant annet for å bestemme nukleotidenes rekkefølge (den genetiske informasjonen) i DNA.

Pulsfeltelektroforese

Pulsfeltelektroforese, der molekylene periodisk blir tvunget til å forandre retning, brukes blant annet til å kartlegge menneskets kromosomer.

SDS-elektroforese

SDS-elektroforese brukes til å bestemme molekylvekten til proteiner. Her utføres elektroforesen i gelmediet med negativt ladde såpemolekyler (SDS) som bindes til proteinene og gir dem en enhetlig ladning, slik at det bare er størrelsen som bestemmer vandringshastigheten. Denne metoden kan også brukes til å skille ikke vannløselige proteiner.

Isoelektrisk fokusering

Isoelektrisk fokusering er en metode som utnytter molekylenes isoelektriske punkt, det vil si den pH-verdien der molekylet er elektrisk nøytralt og ikke beveger seg i det elektriske feltet. Her varierer pH langs vandringsbanen for molekylene, som vandrer langs banen til det stedet der pH tilsvarer deres isoelektriske punkt, og stopper der.

Denne metoden har høy oppløsning og kan blant annet brukes til å skille proteiner som bare skiller seg fra hverandre på ladningen av én aminosyre.

Todimensjonal gelelektroforese

Todimensjonal gelelektroforese er en teknikk der to prosesser kombineres. For eksempel kan isoelektrisk fokusering brukes i den ene retningen og soneelektroforese vinkelrett på den første retningen. Denne metoden brukes blant annet i cellebiologi for å kartlegge blandinger av proteiner og peptider i celler. I dag kombineres den ofte med MALDI-massespektrometri for identifisering av de separerte proteinene

Kapillærelektroforese

Kapillærelektroforese er en teknikk som brukes for å analysere spormengder av blant annet aminosyrer og fettsyrer. Her brukes soneelektroforese og isoelektrisk fokusering i små, tynne kapillarrør av kvarts.