biobiobio


 

Elektroforeza białek

elektroforeza białek IBB PAN PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Fragment skryptu: Biologia molekularna roślin

Uniwersytet Warszawski (www)
Instytut Biochemii i Biofizyki PAN (www)
Zakład Biologii Molekularnej Roślin (www)
Kierownik Zakładu: Prof. dr hab. Andrzej Jerzmanowski

Adres:
ul. Pawińskiego 5a,
02-106 Warszawa

Kontakt: tel. (+48 22) 592 5704,
E-mail: andyj@ibb.waw.pl


Zakład Biologii Molekularnej Roślin

Problematyka badawcza: Rola struktury chromatyny w regulacji rozwoju roślin oraz w odpowiedzi na czynniki stresowe i hormonalne. Prowadzone aktualnie badania mają na celu poznanie funkcji roślinnych kompleksów remodelujących chromatynę, histonu H1 i modyfikacji potranslacyjnych histonów rdzeniowych, a także opisanie proteomu jądrowego rośliny modelowej Arabidopsis thaliana.
Stosowane techniki: Większość metod biologii molekularnej, metody biochemii białek, analiza proteomiczna (mass-spec) i transkryptomiczna (mikromacierze), genetyka Arabidopsis thaliana (konstrukcja i analiza mutantów), metody bioinformatyczne.
_______________________________________________________________________________


Jedną z najpowszechniej stosowanych technik jakościowej i ilościowej analizy białek jest elektroforeza w żelach poliakrylamidowych (PAGE – ang. polyacrylamide gel electrophoresis). Żele poliakrylamidowe uzyskuje się w wyniku polimeryzacji akrylamidu i bisakrylamidu. Produktem polimeryzacji akrylamidu jest liniowy polimer, zaś czynnikiem odpowiedzialnym za usieciowanie powstałego żelu jest bisakrylamid. Żel poliakrylamidowy jest więc heteropolimerem, którego stopień usieciowania można regulować poprzez zwiększanie lub zmniejszanie ilości dodanego bisakrylamidu.


Właściwości żelu poliakrylamidowego


Standardowo stosuje się proporcję akrylamid : bisakrylamid 29:1, która pozwala na uzyskanie żelu o odpowiednich właściwościach (twardość, kruchość). Gęstość żelu można regulować poprzez manipulowanie ilością dodanych do reakcji monomerów oraz stosunkiem akrylamid : bisakrylamid. Żel poliakrylamidowy, zarówno podczas polimeryzacji jak i elektroforezy jest zwykle ustawiony pionowo (tzw. vertical slab system). Polimeryzacja akrylamidu i bisakrylamidu ma mechanizm wolnorodnikowy. Do zainicjowania reakcji polimeryzacji konieczne jest więc źródło wolnych rodników. Powszechnie wykorzystuje się mieszaninę APS i TEMED.

Aniony nadtlenosiarczanowe są nietrwałe i ulegają spontanicznej homolizie, czyli rozpadowi z wytworzeniem wolnych rodników. Tempo rozpadu ulega znacznemu przyspieszeniu w obecności TEMED. Powstałe w ten sposób wolne rodniki inicjują reakcję polimeryzacji akrylamidu i bisakrylamidu. Istotne jest staranne dobranie ilości dodanego APS i TEMED. Wraz ze wzrostem ich stężenia spada bowiem przeciętna długość łańcucha polimeru, co objawia się zmętnieniem i obniżoną elastycznością żelu. Ponadto dodatek TEMED powyżej 0,2% (v:v) może powodować zaburzenia w rozdziale elektroforetycznym białek. Istotne jest również pH polimeryzującej mieszaniny. Ponieważ TEMED, aby przyspieszać tempo rozpadu APS, musi występować w formie deprotonowanej, pH mieszaniny powinno być powyżej 6. Należy także zauważyć, że w celu osiągnięcia całkowitej polimeryzacji akrylamidu, żel powinien być pozostawiony w temperaturze 4° na okres 2 – 3 h. Tak przygotowany żel uzyskuje maksymalną zdolność rozdzielczą. Spolimeryzowany żel, po upływie jednej godziny od wylania nadal zawiera znaczne ilości niespolimeryzowanego akrylamidu.

Żele poliakrylamidowe można przygotowywać w dwóch postaciach: jako żele o stałym stężeniu poliakrylamidu w całej objętości oraz jako żele o rosnącym liniowo stężeniu poliakrylamidu (tzw. żele gradientowe). Żele o stałym stężeniu powinny być używane tylko do rozdziału białek o masie zawierającej się w określonym przedziale.

Dla przykładu, w technice SDS-PAGE:

15% żele - maksymalna zdolność rozdzielcza dla białek o masie mniejszej niż 20 kDa,
12% maksymalna zdolność rozdzielcza dla białek o masie 20 - 30 kDa,
10% maksymalna zdolność rozdzielcza dla białek o masie 30 - 40 kDa ,
8% maksymalna zdolność rozdzielcza dla białek o masie powyżej 50 kDa.

Białka o masie poniżej tych przedziałów mogą migrować jako jeden, gruby prążek wraz z czołem elektroforezy, zaś białka o wyższej masie jako słabo rozdzielone prążki lub w ogóle nie wnikną do żelu. Żele gradientowe wykonane są z poliakrylamidu o stężeniu rosnącym liniowo wraz z kierunkiem migracji białek. Użycie żeli gradientowych pozwala na rozdział białek o bardzo zróżnicowanych masach, jednakże rozdzielczość żeli gradientowych jest zawsze niższa niż rozdzielczość żelu o odpowiednio dobranym, określonym stałym stężeniu.

Elektroforezę w żelach poliakrylamidowych można prowadzić w dwóch systemach: ciągłym i nieciągłym.

System elektroforezy ciągłej

Systemy elektroforezy ciągłej używają buforów o identycznym pH do sporządzania żelu, przygotowywania próbki i przeprowadzania elektroforezy. Ponieważ białka z próbki nie ulegają zatężeniu, konieczne jest nanoszenie na żel próbek o niewielkiej objętości. Jakość rozdziału bardzo zależy od „wysokości” naniesionej próbki.

System elektroforezy nieciągłej

W systemie elektroforezy nieciągłej stosuje się dwa rodzaje żelu: zatężający i rozdzielający. Podczas elektroforezy próbka najpierw przechodzi przez żel zatężający a następnie przez żel rozdzielający. Przejście przez żel zatężający sprawia, że białka ulegają ściśnięciu do bardzo wąskiego paska (~0,1mm), dzięki czemu wnikają one w żel rozdzielający praktycznie w tym samym czasie, co pozwala na uzyskanie ostrych i wyraźnych prążków.


Przegrzewanie się żelu

Niezwykle istotnym zjawiskiem podczas przebiegu elektroforezy jest wzrost oporu elektrycznego żelu, czego konsekwencją może być przegrzewanie się żelu prowadzące do zaburzeń w rozdziale białek (tzw. „uśmiechanie się” żelu). Można temu zapobiec poprzez zastosowanie zewnętrznego chłodzenia żelu lub odpowiednie dobranie parametrów przy których prowadzona jest elektroforeza. Elektroforezę można prowadzić przy stałej wartości jednego z trzech parametrów: natężenia, napięcia lub mocy. Przy stałym natężeniu tempo migracji białek pozostaje stałe, zwiększa się jednak wraz z czasem ilość wydzielanego ciepła, co prowadzi do ogrzewania się żelu. Podczas elektroforezy przy stałym napięciu tempo migracji spada wraz z czasem prowadzenia rozdziału, aczkolwiek stałemu zmniejszaniu ulega również ilość wydzielanego ciepła, dzięki czemu ogrzewanie się żelu jest minimalne. Przy stałej mocy tempo migracji spada wraz z czasem prowadzenia rozdziału, zaś ilość wydzielanego ciepła pozostaje stała w czasie, co prowadzi do grzania się żelu, ale w mniejszym stopniu niż podczas elektroforezy przy stałym natężeniu. Spośród wymienionych powyżej trzech wariantów najpowszechniej stosuje się elektroforezę przy stałym natężeniu prądu z uwagi na krótszy czas trwania rozdziału.

Wartość przyłożonego natężenia powinna być dostosowywana do grubości żelu. Standardowo zaleca się prowadzenie elektroforezy przy natężeniu 12 – 30mA na każdy żel o grubości 1mm i szerokości 10 cm. Wartość przyłożonego natężenia zależy także od naszych oczekiwań względem jakości i czasu rozdziału białek.


Elektroforeza w warunkach natywnych.


Natywna elektroforeza białek w żelach poliakrylamidowych (Native PAGE) odbywa się w warunkach niedenaturujących. Zarówno bufor do elektroforezy jak i bufor w którym jest rozpuszczone białko nie zawierają substancji denaturujących (np. SDS, mocznik, chlorowodorek guanidyny), za wyjątkiem śladowych ilości detergentów niejonowych, które mogą być niezbędne do lizy błon biologicznych w analizowanych materiale biologicznym (jadra komórkowe, mitochondria, plastydy).

Elektroforeza w warunkach natywnych pozwala na analizę kompleksów białkowych, które w warunkach denaturujących uległyby rozpadowi. Tempo migracji białek zależy od licznych czynników, takich jak:

- wielkość białka,
- jego struktura przestrzenna,
- sumaryczny ładunek elektryczny,
- obecność związanych ko faktorów,
- obecność modyfikacji potranslacyjnych.

Sprawia to, że przewidywanie tempa migracji oraz analiza obrazu po elektroforezie mogą być problematyczne. Elektroforezę natywną można przeprowadzać zarówno w układzie ciągłego jak i nieciągłego żelu. Obecnie stosowane są liczne techniki natywnej elektroforezy, z których dwie są najpowszechniej używane:

- Blue Native PAGE (BN-PAGE),
- Clear Native PAGE (CN-PAGE).

BN-PAGE jest najstarszą techniką natywnej elektroforezy białek. Wykorzystuje ona barwnik Coomassie Blue jako substancję nadająca białkom wypadkowy ładunek ujemny oraz uwidaczniająca ich migrację w żelu. BN-PAGE jest powszechnie stosowany do analizy kompleksów białkowych o zachowanej aktywności enzymatycznej. Tempo migracji białek zależy głównie od ich masy i konformacji. Po rozdziale elektroforetycznym prążek zawierający badany kompleks może zostać wycięty i rozpuszczony w buforze zawierającym SDS, zaś białka uwolnione z kompleksu rozdzielone techniką SDS-PAGE. Procedura ta jest czasem nazywana Two Dimensional Blue Native.

Wadą BN-PAGE jest to, że używany podczas rozdziału barwnik Coomassie Blue może w niektórych przypadkach działać jako detergent i powodować dysocjację kompleksów białkowych oraz hamować aktywność enzymatyczną. Ponadto, Coomassie interferuje z niektórymi technikami detekcji białek bazującymi na chemiluminescencji i fluorescencji (np. podczas analizy Western-blot).

CN-PAGE (Clear Native PAGE - jedna z technik natywnej elektroforezy) nie wykorzystuje barwników do nadawania białkom ładunku elektrycznego. Efektem tego jest ograniczenie tej metody do rozdziału białek o pI (punkt izoelektryczny) poniżej pH buforu (na ogół będą to białka o pI < 7). Tempo migracji białek silnie zależy od ich natywnego ładunku elektrycznego. Brak detergentów sprawia, że białka mają tendencję do tworzenia agregatów, co objawia się mniejszą zdolnością rozdzielczą tej metody. CN-PAGE, w odróżnieniu od BN-PAGE, w mniejszym stopniu powoduje zaburzenia w aktywności enzymatycznej analizowanych białek oraz nie interferuje z dalszymi procedurami bazującymi na chemiluminescencji i fluorescencji.

Istnieją modyfikacje tej metody, w której do stosowanych buforów dodaje się niewielkie ilości łagodnych detergentów niejonowych, które zapobiegają agregacji białek. W innym wariancie do buforów dodaje się niewielkie ilości detergentów anionowych, takich jak deoksycholan sodu, co również zapobiega agregacji, a także nadaje białkom ładunek ujemny i pozwala na analizę białek o pI > 7.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Menu podręczne

Kto jest online

63 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem. Tutaj możesz się zalogować.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły.

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2013 e-biotechnologia.pl
stat4u