МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«Харьковский политехнический институт»
Кафедра биотехнологии, биофизики и аналитической химии
Курсовая работа
по курсу: «Физико - химические методы анализа»
на тему: «Определение белков с помощью электрофореза»
Выполнил: студент группы ХТ-57б
Нобатова Огулсенем Аганиязовна
Проверил:
Доцент Самойленко С. И.
Харьков 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………………..3 1. Электрофорез……………………………………………………………………...4
1.1. Основы электрофореза…………………………..…………………………...4
1.2. Варианты метода электрофореза белков…………………………………....5
1.3. Оборудования для электрофореза. Форезная камера……………….……..6
- Гели для электрофореза………………………………………………………..…9
- 2.1. Плотность геля……………………………………………………………….9
- 2.2. Полиакриламидныи гель (ПААГ)…………………………………..........11
2.3. Процесс полимеризации ПААГ…………………………………………..12
2.4. Выбор концентраций мономеров…………………………………………14
2.5. Миграция белков в геле…………………………………………………...17
3. Красители используемые для проявления белков ………….......................19 Заключение………………………………………………………………………...20 Список использованных источников……………………………………………...21
Введение
Электрофорез (от электро- и греч. переносить) -- это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Впервые было открыто профессорами Московского университета П. И. Страховым и Ф. Ф. Рейссом в 1809 году.
С помощью электрофореза удаётся покрывать мелкими частицами поверхность, обеспечивая глубокое проникновение в углубления и поры. Различают две разновидности электрофореза: катафорез -- когда обрабатываемая поверхность имеет отрицательный электрический заряд (то есть подключена к отрицательному контакту источника тока) и анафорез -- когда заряд поверхности положительный.
Электрофорез применяют в физиотерапии, для окраски автомобилей, в химической промышленности, для осаждения дымов и туманов, для изучения состава растворов и др. Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии.
Цели и задачи данной курсовой работы: - изучение истории электрофореза - изучение теоретических основ электрофореза - изучение методик использования электрофореза в полиакриламидном геле для анализа различных белков - умение использовать правильную плотность геля - изучение сути процесса полимеризации ПААГ - изучение миграции белков в геле - изучение красителей, используемых для проявления белков.
- Электрофорез. 1.1. Основы электрофореза.
Электрофорез – это перемещение заряженных частиц в растворе (в зависимости от знака их суммарного электрического заряда) к аноду или катоду под действием электрического поля. Поскольку скорость движения молекул в электрическом поле зависит от их заряда, формы и размера, то электрофорез может быть использован для их разделения. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, величина и знак которого зависят в основном от рН среды. Если через этот раствор начать пропускать электрический ток, то под действием электрического поля макромолекулы в соответствии со своим суммарным зарядом мигрируют в направлении катода или анода, причем их трение об окружающую среду ограничивает скорость миграции. В зависимости от величины заряда и размеров макромолекулы приобретают разные скорости, и в этом – сущность процесса электрофореза. Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны одинаковых молекул мигрирующих с одной и той же скоростью. Однако в жидкости нельзя избежать конвекции, которая деформирует и смешивает разделяющиеся зоны, поэтому обычно электрофорез проводят в гелеобразной среде. Наличие сетки геля приводит к тому, что теперь фракционируемые макромолекулы сталкиваются с нитями полимера, образующего сетку геля, что увеличивает эффективное трение о среду, а следовательно, снижает скорость движения молекул. Очевидно, что препятствия для миграции становятся особенно серьезными, если средний диаметр пространственных ячеек геля оказывается соизмерим с размерами макромолекул. В этом случае решающее влияние на электрофоретическую подвижность различных молекул и степень разделения оказывает соотношение их линейных размеров. Электрофорез позволяет разделять макромолекулы, различающиеся по таким важнейшим параметрам, как размеры (или молекулярная масса), пространственная конфигурация, вторичная структура и электрический заряд, причем эти параметры могут выступать как порознь, так и в совокупности. Биологические макромолекулы – белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др. – находятся в водном растворе в виде частиц, несущих определённый электрический заряд. Заряд макромолекулы определяется входящими в ее состав группами, способными к электролитической диссоциации. Степень диссоциации групп зависит от многих факторов, в частности, от рН среды. Общий заряд биологической макромолекулы также может изменяться при её взаимодействии с ионами или другими молекулами. Наиболее широкое применение электрофорез получил для анализа и очистки белков и нуклеиновых кислот, хотя этот метод может быть использован и для других заряженных биологических молекул, таких как сахара, аминокислоты, пептиды, нуклеотиды и др. Для фракционирования белков, нуклеиновых кислот и их фрагментов в настоящее время используют почти исключительно гель-электрофорез. Наиболее широко используются полиакриламидные (ПААГ) гели и гели агарозы. Варьируя концентрацию полимера, можно получать гели с очень широким диапазоном размеров пор. Кроме того, можно изменять электрические заряды макромолекул путем вариации рН буфера, а их конфигурацию путем введения в буфер денатурирующих агентов или детергентов. В качестве других «носителей» жидкой фазы широко используют пленки из ацетата целлюлозы, фильтровальную бумагу, тонкие слои силикагеля, целлюлозы, сефадекса и др. В некоторых случаях, например для разделения низкомолекулярных веществ, эти системы имеют свои преимущества.
1.2. Варианты метода электрофореза белков.
Существует множество разновидностей и модификаций данного метода, которые используются (или использовались в определённые периоды развития биохимии) в различных областях: 1) электрофорез в свободных средах (без поддерживающей среды) 2) электрофорез с подвижной границей 3) зональный электрофорез без поддерживающей среды 4) капиллярный электрофорез 5) зональный электрофорез в поддерживающей среде с капиллярной структурой 6) электрофорез на фильтровальной бумаге 7) электрофорез белков на ацетат-целлюлозной мембране 8) электрофорез в колонках и блоках гранулированной поддерживающей среды 9) электрофорез белков в ПААГ 10) электрофорез белков в крахмальном геле 11) электрофорез белков в агарозном геле 12) электрофорез в полиакриламидном геле.
1.3. Оборудования для электрофореза. Форезная камера.
Для проведения практикума необходима лаборатория (примерная площадь - 20 м х 20 м) оснащенная следующим оборудованием и расходными материалами: 1. Вертикальная камера для электрофореза с комплектующими; 2. Источник питания с регулировкой силы тока или/и напряжения; 3. Система гель-документирования; 4. Холодильник (+4º), с морозильной камерой (-20º) для хранения растворов; 5. Электронные аналитические весы и набор шпателей для взвешивания; 6. Система для получения деионизированной воды (milliQ); 7. Магнитная мешалка с набором магнитных якорей; 8. Мерные цилиндры (100 и 500 мл), мерные стеклянные стаканы. 9. Стеклянные бутыли для хранения растворов. 10. Один комплект пипеток-дозаторов (10, 200 и 1000 мкл); 11. Пробирки конусные (15 и 50 мл), пробирки типа эппендорф (0,5 и 1,5 мл), наконечники для пипеток (20, 200, 1000, 5000 мкл). 12. Список необходимых реактивов: акриламид, N,N' –метиленбисакриламид, Трис, додецилсульфат натрия (SDS), персульфат аммония, N,N,N',N' – тетраметилэтилендиамин (ТЕМЕД), глицин, трицин, глицерин, β-меркаптоэтанол, ЭДТА, Бромфеноловый синий, Кумасси R 250, Кумасси G 250, изопропанол, уксусная кислота, глутаровый альдегид, набор маркеров молекулярных масс белков (15-150 кДа) и набор низкомолекулярных маркеров молекулярных масс белков и пептидов (1-30 кДа).
Рисунок – 1.3. Оборудование для электрофореза.
Форезная камера: Форезные камеры бывают двух типов: с двумя или с одним платиновым электродом. * камеры с двумя платиновыми электродами можно подключать к источнику напряжения в любой полярности. * камеры с одним - только одним способом!!! Обычно на таких камерах указана полярность подключения. Будьте внимательны. Подготовка камеры: мыть губкой, смоченной детергентом; сполоснуть раз 10 водопроводной водой; сполоснуть раза 2-3 дистиллятом. Форезные камеры имеют два уязвимых места: * сравнительно легко при мытье отодрать
платиновый электрод; * если при споласкивании или переносе держать камеру за один бортик, то в этом бортике появится трещина. Рисунок – 1.3. Вертикальная форезная камера.
Прибор для электрофореза в вертикальных трубках (в разрезе)
1 — верхний электродный резервуар; 2 — центральный цилиндр; 3 — верхний платиновый электрод; 4 — резиновая прокладка; 5 — трубочка с гелем; 6 — нижний электродный резервуар; 7 —нижний платиновый электрод. Для электрофореза белков обычно используют пластины шириной 8 — 14 см и длиной (в направлении электрофореза) 8 —28 см. Электрофорез нуклеиновых кислот и их фрагментов, например при секвенировании, нередко ведут в больших пластинах размером 33 43 см, что диктуется максимальным размером рентгеновской пленки для авторадиографии. Для разделения гидролизатов тРНК Пиртл и др. недавно использовали пластины ПААГ длиной 90 см.
- Гели для электрофореза. 2.1. Плотность геля.
Стандартно используют следующие обозначения: Т – процентное отношение суммарной массы обоих мономеров к объему раствора, С – процентное отношение массы бисакриламида к общей массе обоих мономеров. (Т = акриламид + мономер, образующий сшивки) и количество сшивающего агента в процентах от общего количества мономеров (С): Т = (a + b)/m x 100 % C = b/(a + b) x 100 %
a – количество акриламида; b – количество мономера, образующего сшивки (бисакриламида); m – объем буфера, мл. Т - обычно варьируется в пределах 3-30%, а С 1-5%. Выбор значений С и Т определяется диапазоном фракционирования белков и ограничивается механическими и адсорбционными свойствами геля. Для крупнопористых гелей необходимо увеличивать степень сшивки (повышать С до 3-5%), для мелкопористых гелей величина С не должна превышать 1-2%. На первый взгляд чем больше Т, тем мельче поры, но это не всегда так, поскольку ПААГ не является регулярной пространственной решеткой с жесткими ячейками определенного среднего размера. При малых значениях С он представляет собой скорее длинные нити, заполняющие весь объем и лишь в отдельных точках случайно сшитые между собой. Такая система не может быть внутренне жесткой. Поэтому мигрирующие в геле макромолекулы, по-видимому, могут раздвигать гибкие длинные участки линейных полимеров акриламида, при этом миграция молекул замедляется и происходит своеобразное трение их о гель. Однако жестких ограничений на размер мигрирующих молекул такая система не накладывает, и это очень существенно. Чем выше концентрация заполимеризованного акриламида, тем меньше размер пор в геле:
p = 1,5 d / Ö` c р – размер пор в ангстремах c – объемная концентрация акриламида d – диаметр молекулы акриламида Чем больше содержание акриламида (а величина Т, в основном, определяется им), тем гуще нити полимера, меньше промежутки между ними и сильнее трение. Увеличение содержания «сшивки» (С) сначала повышает жесткость геля, т.к. средняя длина свободных участков нитей уменьшается. Трение при этом увеличивается, а миграция биополимеров в геле замедляется. Однако далее картина меняется, экспериментально показано, что с увеличением С выше 10% тормозящий эффект геля (при одних и тех же значениях Т) ослабляется. При С>15% гель ведет себя как крупнопористый даже при высоких значениях Т. Внутренняя структура геля в этом случае приобретает, по-видимому, совсем иной характер. Благодаря частым сшивкам оказывается энергетически выгодным и вероятным многократное связывание нескольких параллельно идущих нитей в своего рода пучки, которые также образуют хаотически сшитую пространственную сетку. Эта сетка оказывается действительно жесткой – нити в пучках раздвинуть невозможно. Зато между пучками полимерных нитей образуются достаточно большие пустоты, заполненные жидкой фазой геля, по которым могут свободно мигрировать молекулы биополимеров. Поэтому содержание сшивки С в геле должно быть в пределе 2-5%. Соотношение между акриламидом и сшивающим агентом определяют механические и физические свойства геля. Для гелей с концентрацией Т 5 – 15 % С рекомендуется выбирать в пределах 2-4 %. Для выбора С была предложена следующая эмпирическая формула: С (%) = 6,5 – 0,3 Т (%) Концентрация полиакриламидных гелей, используемых для разделения макромолекул с различными молекулярными массами Концентрация геля Т, % | Концентрация бисакриламида С, % | Пределы разделения, дальтоны |15-2010-155-1052-5 | 0,20,32 – 356 | 1 х 104 - 4 х 1044 х 104 - 1 х 1051 х 105 - 3 х 1053 х 105 - 5 х 105выше 5 х 105|
2.2. Полиакриламидныи гель (ПААГ).
Исходные материалы: Акриламид (СН2 = СН — CONH2) представляет собой белый кристаллический порошок. Хорошо очищенный продажный препарат содержит не более 0,05% акриловой кислоты. Его 5%-ный водный раствор должен иметь рН не ниже 5, а оптическая плотность 1%-ного раствора при 290 нм (А290) не должна превышать 0,15. Такой препарат можно использовать без дополнительной очистки или перекристаллизации. Акриламид следует хранить сухим, в темной посуде, предпочтительно на холоду. В этих условиях он может храниться до года. Акриламид токсичен (воздействует на кожу и нервную систему), поэтому отвеши-вать и растворять его следует в перчатках и под тягой. Недостаточно чистый пре-парат можно перекристаллизовать. Для этого 70 г акриламида растворяют в 1 л хлороформа при 50°, фильтруют при этой же температуре, затем охлаждают до — 20°, быстро промывают кристаллы холодным хлороформом и высушивают в вакуум-эксикаторе. Для освобождения от УФ-поглощающих примесей акриламид можно обработать активированным углем. Для этого в маточный 30 — 40%-ный водный раствор акриламида в смеси с метиленбисакриламидом добавляют акти-вированный уголь (примерно 50 г/л), суспензию перемешивают в течение 30 мин и фильтруют сначала через бумажный, а затем через стекловолокнистый фильтр. NN'-Метиленбисакриламид («Бис») — используют в качестве «сшивки» линейных полимеров акриламида. Продажные препараты, содержащие не более 0,02% акриловой кислоты, не нуждаются в дополнительной очистке. В случае необходимости Бис можно перекристаллизовать из ацетона (12 г/л) в тех же усло-виях, что и акриламид. Условия хранения и токсичность — такие же, как у акриламида. В качестве «сшивки» иногда используют этилендиакрилат — СН2 = СН — СО — O — СН2 — СН2 — О — СО — СН = СН2, а также NN'-диаллилтартардиамид (ДАТД) —
CH2 = CH — CH2 — NH —CO — CH(OH) — CH(OH) — CO — NH — CH2 — CH = CH2. С их помощью получают «растворимые» гели. В первом случае эфирную связь можно разорвать обработкой геля щелочью или водным раствором пипери-дина. Гели, сшитые ДАТД, растворяются за 20 — 30 мин при комнатной темпера-туре в 2%-ной йодной кислоте.
2.3. Процесс полимеризации ПААГ.
При подготовке определенной серии опытов удобно заранее приготовить концентрированный (30 — 40%) водный раствор акриламида и метиленбисакрил-амида с определенным соотношением обоих мономеров. Такой раствор можно хранить в холодильнике в течение нескольких недель. Так же хранят и маточный раствор буфера, например 10-кратной концентрации. ТЕМЕД хранится хорошо, а персульфат аммония растворяют в воде непо-средственно перед началом опыта. Для приготовления геля маточные растворы мономеров и буфера смешивают в такой пропорции, чтобы получить нужную конечную концентрацию акриламида и буфера, дополняют до расчетного объема водой и вносят ТЕМЕД. После этого раствор деаэрируют в колбе Бунзена, присоединенной к водоструйному насосу, добавляют расчетный объем раствора персульфата и заливают в трубку или между стеклами для формирования пластин. При правильном выборе концентраций персульфата и ТЕМЕД полимеризация занимает 30 — 40 мин.Ее следует вести вдали от яркого источника света. Рассмотрим некоторые факторы, влияющие на этот процесс. Наибольшую опасность для нормального протекания полимеризации акриламида представляет растворенный в воде кислород, молекула которого является опреде-ленного рода бирадикалом и потому способна оборвать цепную реакцию свободно-радикальной полимеризации акриламида. Деаэрация смеси растворов необходима именно для удаления из нее растворенного кислорода. Ее можно вести достаточно энергично и с перемешиванием — так, чтобы жидкость при пониженном давлении закипела, но как только интенсивное выделение пузырей газа закончится, деа- эрацию следует прекратить, не допуская заметного испарения воды. Обычно эта процедура занимает несколько минут при комнатной температуре. Кислород воздуха в контакте с раствором мономеров может помешать полимеризации, поэто-му на поверхность раствора осторожно наслаивают до высоты 3 — 5 мм деаэри-рованную кипячением воду или изобутанол. Наслаивать следует по стенке формы через иглу от шприца с помощью перистальтического насоса. Им же удобно отсо-сать воду после окончания полимеризации геля. Вначале граница между гелем и водой исчезает, но затем вновь появляется, что указывает на окончание процесса полимеризации. Если в качестве инициатора используют рибофлавин, то форму с раствором мономеров освещают люминесцентной лампой «дневного света» с расстояния около 5см в течение30 — 45мин. Уже указывалось, что рибофлавин является более эффективным инициатором, чем персульфат. Кроме того, продукты его распада не опасны для белков и нуклеиновых кислот, в то время как ион пер-сульфата может вступать в реакцию с белками, создавая артефакты при их фракци-онировании. В тех случаях, когдаэто существенно, персульфат удаляют путем предварительного электрофореза («преэлектрофореза») геля до внесения в него препарата, однако полностью это сделать не удается. Тем не менее в последние годы в качестве инициатора предпочтение отдают персульфату, поскольку при работе с рибофлавином довольно трудно подобрать оптимальную степень деаэри-рования растворов. С одной стороны, растворенный кислород препятствует полимеризации, а с другой — он необходим, хотя и в небольшом количестве, для самого процесса инициации с участием рибофлавина. Полимеризация — экзотер-мический процесс, поэтому в случае высокой концентрации акриламида во избежа-ние образования пузырей газа и нарушения однородности геля необходимо обес-печить отвод тепла. Вместе с тем скорость полимеризации увеличивается с ростом температуры за счет ускорения образования свободных радикалов. Этим можно воспользоваться для замедления полимеризации: при охлаждении геля на 1° ее продолжительность увеличивается примерно на 2 мин. Полимеризацию гелей, содержащих более 15% акриламида, лучше вести на холоду. Гель получается наи-более однородным, если время полимеризации составляет 30 — 40 мин. Обычно этого добиваются эмпирически, подбирая оптимальную концентрацию персуль-фата. Она может варьировать в пределах от 0,02 до 0,2% в зависимости от концен-трации акриламида и качества самого персульфата. С увеличением содержания акриламида концентрацию персульфата приходится уменьшать. Имеет смысл предварительно внести различные количества данного препарата персульфата в ряд пробирок с рабочим раствором мономеров акриламида, наблюдая продолжи-тельность полимеризации в них.
2.4. Выбор концентраций мономеров.
Для удобства изложения используются следующие обозначения: Т — процентное отношение суммарной массы обоих мономеров к объему их раствора, С — процентное отношение массы метиленбисакриламида к общей массе обоих мономеров. Величина Т практически варьирует в пределах 3 — 30%, а С, как правило, составляет 1—5%, что соответствует отношению акриламид/Бис в пределах от 99:1 по 19:1. Однако в некоторых особых случаях, рассмотренных ниже, имеет смысл увеличивать С до 20% и более. При указании значений Т и С значок «%» далее будет опущен. Для крупнопористых гелей надо увеличивать степень сшивки (повышать величину С до 3 — 5), т. е. отношение акриламид/Бис брать в пределах от 35:1до20:1. При этом происходит одновременное повышение прочности геля и ухудшение его способности прилипать к стеклу — гель как бы «замыкается». Мелкопористые гели (T около 20) при высоком содержании «сшивки» оказываются хрупкими и мутными, поэтому для них величина С не должна превышать 1 — 2. Неправильно было бы считать ПААГ регулярной пространственной решеткой с жесткими ячейками определенного среднего размера. При малых зна-чениях С он представляет собой скорее длинные нити, заполняющие весь объем и лишь вот дельных точках случайным образом сшитые между собой. Расстояние между этими точками вдоль нити (при C 2) в среднем равно 50 — 100 мономерных единиц. Такая система не может быть внутренне жесткой. Мигрирующие в геле мак- ромолекулы, по-видимому, могут раздвигать гибкие длинные участки линей-ных полимеров акриламида. Разумеется, на это расходуется энергия, миграция мо-лекул замедляется и происходит своеобразное «трение» их о гель. Однако жестких ограничений на размер мигрирующих молекул такая система не накладывает, и это очень существенно. Чем больше содержание акриламида, тем гуще нити полимера, меньше промежутки между ними и сильнее трение. Увеличение содержания «сшивки» (С) сначала повышает жесткость геля, так как средняя длина свободных участков нитей уменьшается. Трение при этом увеличивается, а миграция биопо-лимеров в геле замедляется, — именно этого и можно было ожидать. Возвращаясь к ПААГ, следует указать, что гели с очень высоким содержанием метиленбисак-риламида (С > 15) хрупки, легко отстают от стенок, непрозрачны и сильно окраши-ваются. Этих недостатков лишены гели, сшитые NN/-диaллилтapтapдиaмидом. Например, гель с T = 5 и С = 15, сшитый ДАТД, оказывается настолько крупно пористым, что не тормозит миграцию биополимеров с молекулярной массой 0,5млн. дальтон; при этом он механически прочен, хорошо сцепляется со стеклом и прозрачен. Вспомним, что такой гель к тому же растворим в йодной кислоте.
Недавно описано успешное использование для электрофореза белков еще сильнее сшитого геля этого типа. В нем величина С достигала 27,т.е. отношение акриламид/ДАТД не превышало 4 : 1. Рассмотрим теперь подробнее влияние выбора значений Т и С для обыч-ного ПААГ на скорость миграции в нем биополимеров. Тормозящий эффект тре-ния о гель проявляется в снижении электрофоретической подвижности заряженных макромолекул вгеле (и') по сравнению с их подвижностью в свободной жидкости с такими же, как у буфера геля, значениями рН и ионной силы раствора (u0). Электрофоретическую подвижность определяют как величину скорости миграции заряженных молекул(см/ч)при напряженности поля 1 В/см. Величина и0 зависит от соотношения суммарного электрического заряда макромолекулы(при данном рН) и ее массы. Сила, действующая на молекулу в электрическом поле, пропорциональна заряду, а противодействующая миграции вдоль силовых линий поля сила трения о жидкость пропорциональна линейному размеру молекулы, а следовательно, кубическому корню из ее массы. Для ориентировки заметим, что электрофоретическая подвижность большинства кислых белков в свободной жид-кости при рН 8,8 лежит в пределах 0,1 — 0,5 см/ч на 1 В/см. Прямой корреляции между массой молекулы и величиной и0, очевидно, быть не должно. В геле трение существенно возрастает, причем тем сильнее, чем больше масса молекул и меньше средний размер пор, т. е. чем больше величина Т (для малых значений С).
Показано, что имеет место соотношение: ln(и'/и0) = — kRT. Величина коэффициента торможения kR (порядка 0,1— 0,4) зависит от среднего радиуса молекулы R и степени сшивки геля С, слабо увеличиваясь с ростом последней в пределах от 1 до 7. Для глобулярных белков R лежит в диапазоне от 1,57 нм для лактальбумина(M = 12400) до 3,61 нм для церулоплазмина (M = 151 000). Для эффективного разделения белков при электрофорезе в ПААГ соотношение u'/u0 должно составлять 0,1 — 0,2. Отсюда следует, что оптимальная электрофорети-ческая подвижность белков в ПААГ лежит в пределах 0,01— 0,1 см/ч на 1 В/см. При напряженности поля 10 — 20 В/см этому соответствуют скорости миграции белков в диапазоне 0,1 — 2 см/ч. Таким образом, прирабочей длине геля 10см за 5ч электрофореза наиболее быстрые белки могут достигнуть конца геля, в то время как наименее подвижные продвинутся лишь на 0,5 см. Цифры эти — сугубо приближенные и приведены здесь лишь для общей ориентировки. В конкретных случаях возможны существенные отклонения от них. Например, если заранее известно, что разделяемые белки сильно различаются между собой по заряду или размерам, то можно вести электрофорез в условиях более высоких подвижностей (и'), т. е. в более крупно пористых гелях, и тем сократить время фракционирования в 2 — 3 раза. Выбор значения Т зависит от природы различия электрофоретических подвижностей белков в геле. Если сильно различаются размеры молекул, а отноше-ние заряда к массе у них более или менее одинаково, то имеет смысл выбрать Т максимальным. Разделение в этом случае будет происходить только за счет трения о гель, причем тем эффективнее, чем больше Т, хотя при этом в связи с увеличени-ем продолжительности электрофореза усилится диффузия белков. Если же компо-ненты анализируемой смеси имеют различные отношения заряда к массе, то может оказаться выгодным вести разделение в крупнопористом геле при малых значениях Т), т.е. как бы в свободной жидкости, почти не используя эффект трения молекул о гель. По крайней мере, это обеспечит выигрыш во времени фракционирования.
2.5. Миграция белков в геле.
Отличие и' от uо является сила трения о гель, которая зависит от соотно-шения линейных размеров макромолекул и пор геля, а следовательно, от молеку-лярных масс белков и концентрации ПААГ. Молекулярные массы подавляющего большинства индивидуальных белков не превышают 500 000. Поэтому исполь-зование гелей агарозы оказывается нецелесообразным, кроме тех случаев, когда разделение белков хотят вести только по величине отношения заряда к массе. Как правило, электрофорез белков проводят в ПААГ, содержащем 5 — 20% акриламида. Белки являются, цвиттерионами. Их суммарным зарядом, а следовательно и отношением заряда к массе, можно управлять путем изменения рН буфера, в котором полимеризуют ПААГ и ведут электрофорез и который далее будем именовать рабочим. Очевидно, что оптимальное значение рН рабочего буфера обусловливает не максимальный заряд, а максимальное различие зарядов разных белков, состав-ляющих исходную смесь. Поэтому в большинстве случаев нецелесообразно ис-пользовать экстремальные величины рН рабочего буфера, слишком удаленны не от изоэлектрических точек всех белков смеси. Для обычных кислых белков оптималь-ные значения рН буфера оказываются в нейтральной или слабощелочной области; миграция белков идет в направлении от катода к аноду. Для щелочных белков (гистонов, белков рибосом и др.) целесообразно использовать слабокислые буферы (рН 4 — 5). Эти белки различаются по величине суммарного положительного заряда и мигрируют в направлении от анода к катоду. Отметим, что эффект трения о гель зависит не только от молекулярной массы, но и от конфигурации и жесткости белковой макромолекулы. Глобулярные белки, неспособные к агрегации или диссоциации на субъединицы, ведут себя более или менее одинаково, хотя их размеры зависят от плотности упаковки глобу-лы. Рыхлые глобулярные и, особенно, фибриллярные белки могут деформировать-ся при взаимодействии с гелем и тем самым облегчать себе миграцию между его нитями. Этот эффект особенно сильно выражен у высокомолекулярных нуклеино-вых кислот. Для однозначного определения молекулярной массы белка по скорости его миграции при электрофорезе бывает целесообразно распрямить полипептидную цепочку белка и придать ей жесткость. Именно такой прием используется при электрофорезе белков, обработанных додецилсульфатом натрия.
- Красители используемые для проявления белков. Для наблюдения за ходом электрофореза в исходный препарат вносят краситель, мигрирующий в том же направлении, что и фракционируемые белки. Он не должен заметным образом связываться с белками, а скорость его продвиже-ния по гелю должна быть заведомо больше, чему наиболее быстро мигрирующего белка. Вместе с тем краситель не должен слишком сильно отрываться от белков, чтобы его прохождению до конца пластины или трубки соответствовало исполь-зование большей частинаходящегося в них геля для фракционирования белков. В щелочных и нейтральных буферах, когда кислые белки заряжены отрицательно и мигрируют к аноду, а также для любых белков в комплексе с ДДС-Na используют отрицательно заряженные красители. Наибольшее распространение получил Бромфеноловый синий, имеющий достаточно сложную структуру; в его состав, в частности, входят два дибромфенольных остатка. Иногда используют еще более сложно построенный краситель — ксиленцианол, электрофоретическая подвижность которого примерно вдвое ниже, чем бромфенолового синего, поэтому его используют при фракционировании крупных белков и нуклеиновых кислот. Для характеристики электрофоретической подвижности белка в данных условиях электрофореза принято указывать отношение расстояния, пройденного белковой полосой от начала рабочего геля, к аналогичному расстоянию до полосы красителя в этом же геле. Это отношение, как и в хроматографии, обозначают Rf В качестве положительно заряженного красителя для электрофореза в кислой среде, когда белки мигрируют в направлении катода, используют метиловый зеленый или пиронин.
Заключение
В ходе работы был изучен метод электрофореза белков. Использование метода электрофореза в полиакриламидном геле для анализа и разделения сложных смесей белков и нуклеиновых кислот значительно расширило наши знания о белках. Электрофорез в полиакриламидном геле имеет ряд преимуществ перед другими аналитическими методами: он отличается простотой в исполнении, хорошей воспроизводимостью результатов и не требует сложного оборудования.
Все цели и задачи которые были поставлены – изучены.
Список использованных источников.
1.http://ru.wikipedia.org
2. http://www.molbiol.ru
3. http://molbiol.ru
4. http://www.ippras.ru
5. Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие). Методы исследования белков и нуклеиновых кислот (Остерман)
6. Ларский Электрофорез Г., Методы зонального электрофореза, М., 1971
7. Духин С. С., Дерягин Б. В., Электрофорез, М., 1976.
- Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие). М.: Наука, 1981. 288 с.
- 9. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. М., МЦНМО, 2002, 248 с.
- 10. Д. Кларк, Л. Рассел Молекулярная биология: простой и занимательный подход. Глава 16 (Методы молекулярной биологии)
Скачать: