Кіріспе

Электрофорездің түрі Изоэлектрлік фокустау (IEF), сонымен қатар электрофокустау деп те аталады, – бұл әртүрлі молекулаларды олардың изоэлектрлік нүктесінің (pI) айырмашылығы бойынша бөлуге арналған техника. Бұл, әдетте, гельде жүзеге асырылатын аймақтық электрофорездің бір түрі, ол зерттелетін молекуланың жалпы зарядының ортаның pH деңгейіне байланысты екендігін пайдаланады.

Процедура

IEF амфолит ерітіндісін тұрақтандырылған pH градиенті (IPG) гельдеріне қосуды қамтиды. IPG – pH градиентімен бірге полимерленген акриламид гель матрицасы, нәтижесінде ең сілтілік (>12) pH мәндерінен басқа толығымен тұрақты градиенттер пайда болады. Тұрақтандырылған pH градиенті иммобилиндер қатынасының үздіксіз өзгеруі арқылы алынады. Иммобилин – әлсіз қышқыл немесе оның pK мәнімен анықталатын негіз. Изоэлектрлік нүктесінен (pI) төмен pH аймағында орналасқан белок оң заряд алады және катодқа (жағымсыз зарядталған электродқа) қарай жылжиды. Алайда, pH-ның жоғарылауымен қозғалыс кезінде белоктың жалпы заряды оның pI-ге сәйкес келетін pH аймағына жеткенге дейін төмендейді. Бұл кезде белокте таза заряд болмайды, сондықтан қозғалыс тоқтатылады (электродтардың екеуіне де тартылыс болмайды). Нәтижесінде ақуыздар өздерінің pI-ге сәйкес келетін pH градиентіндегі нүктеде орналасқан өткір, тұрақты жолақтарға шоғырланады. Бұл әдіс өте жоғары ажыратымдылыққа ие, бір зарядпен ғана ерекшеленетін ақуыздар бөлек жолақтарда бөлінеді. Фокусталатын молекулалар pH градиенті бар ортада (әдетте, алифатикалық амфолиттер арқылы) таратылады. Орта арқылы электр тогы өткізіледі, нәтижесінде «жағымды» анод және «жағымсыз» катод жағы қалыптасады. Теріс зарядталған молекулалар ортадағы pH градиенті арқылы «жағымды» жаққа қарай жылжиды, ал оң зарядталған молекулалар «жағымсыз» жаққа қарай қозғалады. Бөлшектер зарядтың қарама-қарсы полюсіне қарай қозғалғанда, олар осы молекуланың изоэлектрлік нүктесінің pH-ына жеткенше өзгермелі pH градиенті арқылы қозғалады. Бұл кезде молекулада таза электр заряды болмайды (қатысқан функционалдық топтардың протондалуы немесе депротондалуынан) және ол гель ішінде одан әрі жылмайды. Градиентті қызығушылық тудыратын бөлшектерді қосудан бұрын, әр түрлі pI мәндері бар полиамфолиттер сияқты кіші молекулалардың ерітіндісін электрофорезге ұшырату арқылы белгілейді. Бұл әдіс көбінесе ақуыздарды зерттеуде қолданылады, олар қышқылдық және негіздік қалдықтардың салыстырмалы мөлшері бойынша бөлінеді, олардың мәні pI арқылы көрсетіледі. Ақуыздар полиакриламидтен, крахмалдан немесе агарозадан тұратын, pH градиенті белгіленген тұрақтандырылған гельге енгізіледі. Әдетте, бұл процесте әр түрлі өлшемді ақуыздардың жылжу жылдамдығының өзгешелігінен туындаған «шектеу» әсерін немесе pI-дегі артефакттарды жою үшін үлкен тесіктері бар гельдер қолданылады. Изоэлектрлік фокустау pI мәні 0,01-ге ғана өзгешеленетін ақуыздарды ажыратуға мүмкіндік береді. Изоэлектрлік фокустау – екі өлшемді гельдік электрофорездің бірінші қадамы, онда ақуыздар алдымен олардың pI-саны бойынша бөлінеді, содан кейін SDS PAGE арқылы молекулалық салмағы бойынша бөлінеді. Изоэлектрлік фокустау, керісінше, тұрақты pH-де даярлаудың жалғыз кезеңі болып табылады.

Тірі жасушалар

Кейбір пікірлерге сәйкес, тірі эукариоттық жасушалар ферменттер мен олардың реагенттерінің диффузиясымен метаболизмдік реакциялардың жылдамдығының шектеуін жеңу және нақты биохимиялық процестердің жылдамдығын реттеу үшін өз ішінде белоктардың изоэлектрлік фокусталуын жүзеге асырады. Нақты метаболикалық жолдардың ферменттерін жасушаның ішкі бөлігінің шағын және бөлек аймақтарына шоғырландыру арқылы, жасуша нақты биохимиялық жолдардың жылдамдығын бірнеше есеге арттыра алады. Мысалы, фосфорилдеу немесе дефосфорилдеу арқылы фермент молекулаларының изоэлектрлік нүктесін (pI) өзгерту арқылы, жасуша фермент молекулаларын өз ішкі бөлігінің әртүрлі бөліктеріне жылдырып, нақты биохимиялық процестерді іске қосу немесе тоқтату мүмкіндігіне ие.

Микрофлюидті чип негізінде

Микрочиптік электрофорез капиллярлық электрофорезге перспективті балама болып табылады, себебі ол жылдам ақуыз талдауын, басқа микрофлюидтік операциялармен оңай интеграциялауды, арнаның толық көлемін анықтауды, нитроцеллюлоза пленкаларын пайдалануды, үлгілердің кіші көлемін және өндіріс шығындарын төмендету мүмкіндігін ұсынады.

Көп буыны бар

Белсенділерді жылдам және қолдануға оңай ақуызды бөлу құралдарына деген сұраныстың артуы IEF-тің ерітіндідегі бөлінуге қарай дамуын үдетті. Осы ретте, жылдам және гельсіз IEF бөлуді жүзеге асыру үшін көптөгкейлі IEF жүйесі әзірленді. Көптөгкейлі IEF жүйесі әр ыдыстан өтетін капиллярлы ыдыстардың тізбесін пайдаланады және Альцгеймер ауруымен ауырған науқастардың қан плазмасының ақуыздары биомаркерлерді табу үшін қолданылады.