Кіріспе

Белоктарды бөлу техникасы

Белок электрофорезі – сұйықтық немесе экстракттегі белоктарды талдау әдісі. Электрофорез үлгінің кішкентай көлемімен бірнеше түрлі жолмен, қолдау ортасымен (агар-агар немесе полиакриламид) немесе одансыз жүргізілуі мүмкін. Гельдік электрофорездің түрлеріне SDS PAGE, еркін ағынды электрофорез, электрофокусировка, изотахофорез, туыстық электрофорез, иммуноэлектрофорез, кері электрофорез және капиллярлық электрофорез жатады. Әр түрліліктің жеке артықшылықтары мен кемшіліктері бар көптеген кіші түрлері бар. Гельдік электрофорез жиі белгілі бір белок туралы қосымша мәлімет алу үшін электроблоттинг немесе иммуноблоттингпен бірге қолданылады.

SDS-PAGE

SDS PAGE, натрий додецил сульфаты полиакриламид гель электрофорезі, денатүрленген (жазылған) күйде ақуыздарды электрофоретикалық жылдамдығына (полипептидтік тізбектің молекулалық салмағына байланысты) сәйкес бөлуге арналған бірнеше байланысты әдістер жиынтығын сипаттайды. Көптеген ақуыздарда SDS полипептидтік тізбекке байланысқанда масса бірлігіне шамамен бірдей зарядты бөліп береді, соның салдарынан электрофорез кезінде шамамен мөлшері бойынша фракциялану жүзеге асады. SDS – табиғи ақуыздарды жазылып, жеке полипептидтерге айналдыру үшін қолданылатын күшті жуу құралы. Ақуыз қоспасын SDS қатысуымен 100°C-қа дейін қыздырғанда, жуу құралы полипептидтік тізбектің негізгі бөлігіне оралады. Осы процесте полипептидтердің ішкі зарядтары SDS-тің салған теріс зарядтарымен салыстырғанда маңызсыз болады. Осылайша, өңделгеннен кейін полипептидтер бірқалыпты заряд тығыздығына ие, яғни бірлік ұзындықтағы бірдей теріс зарядқа ие таяқша тәрізді құрылымдарға айналады. Бұл ақуыздардың электрофоретикалық жылдамдығы олардың молекулалық салмағының логарифміне пропорционалды болады.

Туған гель әдістері

Нативті гельдер, сондай-ақ денатурацияланбаған гельдер деп те аталады, бұрынғы қалпындағы белоктарды талдайды. Осылайша, электрофоретикалық жылдамдық тек заряд пен масса арақатынасына ғана емес, сонымен қатар белоктың физикалық пішіні мен мөлшеріне де байланысты.

Көк түсті жергілікті ПАЙТА

BN PAGE – бұл туаған PAGE техникасы, онда Coomassie brilliant blue бояуы электрофоретикалық бөліну үшін ақуыз кешендеріне қажетті зарядтарды қамтамасыз етеді. Coomassie-дің кемшілігі – ол ақуыздарға байланысқанда комплекстердің ыдырауына себеп болатын детергент сияқты әрекет ете алады. Тағы бір кемшілігі – кейінгі Western blot анықтамасында немесе белсенділік сынақтарында химиялық люминесценцияның, сондай-ақ протездік топтары бар (мысалы, гема немесе хлорофилл) немесе флуоресцентті бояулармен белгіленген ақуыздардың флуоресценциясының өшу мүмкіндігі.

Жергілікті PAGE өшіру

CN PAGE (көбінесе Native PAGE деп аталады) полиакриламидтік градиенттік гельдегі қышқыл, суда еритін және мембраналық белоктарды бөліп шығарады. Ол зарядталған бояуды пайдаланбайды, сондықтан CN PAGE-дегі белоктардың электрофоретикалық жылдамдығы (BN PAGE зарядты өзгерту әдісінен өзгеше) белоктардың ішкі зарядымен байланысты. Миграциялық қашықтық белок зарядына, оның мөлшеріне және гельдің тесік өлшеміне тәуелді. Көп жағдайларда бұл әдіздің ажыратымдылығы BN PAGE-ге қарағанда төмен, бірақ CN PAGE, егер Кумасси бояуы келесі талдау техникаларына кедергі келтірсе, артықшылықтар ұсынады, мысалы, ол FRET талдаулары үшін өте тиімді микрокөлемдік бөлу әдісі ретінде сипатталған. Сонымен қатар, CN PAGE BN PAGE-нің қатал жағдайларын қажет етпейтіндіктен, BN PAGE-де ыдырап кететін мембраналық белок кешендерінің супрамолекулалық құрылымдарын сақтап қалуға мүмкіндік береді.

Буферлік жүйелер

Көптеген ақуызды бөлулер "үздіксіз емес" (немесе DISC) буферлік жүйе арқылы жүзеге асырылады, бұл гель ішіндегі жолақтардың айқындығын едәуір арттырады. Үздіксіз гельде электрофорез кезінде электрофорездің бастапқы кезеңінде иондық градиент пайда болады, бұл барлық ақуыздардың бір өткір жолаққа шоғырлануына себеп болады. Иондық градиентті буфердің иондары SDS-пен қапталған ақуыздарға қарағанда орташа зарядталған pH мәнін таңдау арқылы жасауға болады. Бұл жағдайларда Кольрауш реакциялары молярлық өткізгіштікті анықтайды. Нәтижесінде SDS-пен қапталған ақуыздар бірнеше минут ішінде 19 мкм шамасындағы жұқа аймақта бірнеше есеге шоғырланады. Бұл кезеңде барлық ақуыздар изотахофорез арқылы бірдей жылдамдықпен миграциялайды. Бұл гельдің үлкен тесіктері бар аймағында болады, сондықтан гель матрицасы фокустау немесе "жинақтау" кезінде миграцияны баяулатпайды. Ақуыздарды мөлшері бойынша бөлу гельдің төменгі "ажырату" аймағында жүзеге асырылады. Ажырату гелі әдетте әлдеқайда кішкентай тесіктерге ие, бұл ақуыздардың электрофоретикалық жылдамдығын анықтайтын сүзу әсеріне әкеледі. Сонымен қатар, гельдің бөлу бөлігінде де буферлік иондардың орташа зарядты алып жүретін pH мәні бар, бұл олардың SDS-пен қапталған ақуыздардан "озуына" және иондық градиентті, соның ішінде жинақтау әсерін жоюға себеп болады. Көп тараған үздіксіз буферлік жүйе – трис-глицин немесе "Laemmli" жүйесі, ол pH 6.8-де жинақтайды және pH ~8.3-9.0-да ажыратады. Бұл жүйенің кемшілігі – бұл pH мәндері ақуыздағы цистеин қалдықтары арасында дисульфидтік байланыстардың қалыптасуын ынталандыруы мүмкін, себебі цистеиннің pKa-сы 8-9 аралығында болады және жүктеме буферіндегі тотығуға қарсы агент ақуыздармен бірге миграцияламайды. Буферлеу технологиясындағы соңғы жетістіктер бұл мәселені цистеиннің pKa-сынан төмен pH-та (мысалы, bis-tris, pH 6.5) ақуыздарды ажырату арқылы шешеді және тотығуға қарсы ортаны сақтау үшін гельге ақуыздардан бұрын енетін тотығуға қарсы агенттерді (мысалы, натрий бисульфиті) қосады. pH-сы төмен буферлерді пайдаланудың қосымша артықшылығы – акриламид гелі төмен pH мәндерінде тұрақтырақ, сондықтан гельдерді пайдалану алдында ұзақ уақыт сақтауға болады.

Белсенің SDS градиенттік гельдік электрофорезі

Кернеу қолданғанда, аниондар (және теріс зарядталған үлгі молекулалары) төменгі камерадағы оң электродқа (анодқа) қарай жылжиды, ал жетекші ион Cl− (жоғары жылдамдық және жоғары концентрация); глицинат – соңғы ион (төмен жылдамдық және төмен концентрация). SDS ақуыз бөлшектері гель буферінің Cl− және катод буферінің Gly− арасындағы шекарада еркін жылмайды. Фридрих Кольрауш Ом заңы еріген электролиттерге де қолданылатынын тапты. Cl− және глицин буферлері арасындағы кернеудің төмендеуіне байланысты ақуыздар микрометрлік қалыңдыққа ие қабаттарға сығылады (жинақталады). Шекара пора градиенті арқылы жылжиды және ақуыз жиынтығы гель матрицасының үйкеліс кедергісінің артуына байланысты біртіндеп таралады. Градиенттік гельде жинақталу және тарату әрбір ақуыз үшін әртүрлі жағдайда үздіксіз жүреді. Ақуыздың толық тарауы үшін полиакриламид гельінің концентрациясы 16% T-дан жоғары болуы керек. "Laemmli" екі гельдік жүйесі – қарапайым градиенттік гель. Буферлердің pH үздіксіздігі бөлу сапасы үшін маңызды емес, сондықтан pH-ы басқаша "жинақтау гелі" қажет емес.

Көрнекілендіру

Ең танымал белок бояуы – Кумассидің жарқыраған көк түсі. Бұл аниондық бояғыш, ол белоктарға ерекше байланыспайды. Гельдегі белоктар сірке қышқылымен бекітіледі және бір мезгілде боялады. Гельге енген артық бояуды бояусыз сол эритіндімен дестайнинг жасау арқылы жоюға болады. Белоктар ашық фонда көк жолақтар түрінде көрінеді. Егер Кумасси бояуынан гөрі сезімтал әдіс қажет болса, әдетте күміс бояу қолданылады. Күміс бояу – гельдегі белоктың азын-ана мөлшерін анықтауға арналған сезімтал процедура, сонымен қатар нуклеин қышқылы немесе полисахаридтерді де көрсетуге болады. Мысалы, Bio Rad Laboratories SDS PAGE гельдік электрофорезі үшін "бояусыз" гельдерді сатады. Сондай-ақ, Azure Biosystems-тен алынған AzureRed немесе Azure TotalStain Q сияқты қайтымды флуоресцентті бояуларды қолдануға болады. Нуклеин қышқылының гельдік электрофорезі сияқты, көбінесе бақылау бояуы қолданылады. Белгілі электрофореттік жылдамдығы бар аниондық бояулар әдетте үлгі буферіне қосылады. Бромфенол көк түсті бояу өте кең таралған. Бұл бояу сілтілік және бейтарап pH-да боялады және анодқа қарай жылжыйтын кішкентай, теріс зарядталған молекула болып табылады. Бұл өте жылдам молекула, ол көптеген белоктардың алдында жылжиды.