Электрофорез и хроматография — Методы исследования в клинической биохимии

Методы исследования химической организации клетки

Люминесцентная микроскопия.

Индукция с помощью ультрафиолетового света флуоресценции химических компонентов клетки (естественных или введенных извне).

Применяется для прижизненного выявления в клетке биохимических компонентов, способных к флуоресценции — витаминов, пигментов, гормонов, антибиотиков. Кроме того, с помощью синтетических флуорохромов, специфически взаимодействующих с определенными химическими компонентами клетки (ДНК, РНК, липидами и др.), исследуют их внутриклеточную локализацию.

Дифференциальное центрифугирование.

Центрифугирование смеси, полученной в результате разрушения клеток (ткани, органа), в специальных центрифугах при различных скоростях вращения ротора, что позволяет раздельно осаждать частицы с различной массой (ядра, оргаиеллы, макромолекулы). p>Применяется для получения чистых фракций различных субклеточных структур для последующего биохимического и биофизического исследований.

Электрофорез.

Движение заряженных частиц (макромолекул и др.), взвешенных в электролите, при наложении внешнего электрического поля; осуществляется в среде пористого наполнителя (хроматографическая бумага, гели); в зависимости от величины и знака заряда частиц они перемещаются к катоду или аноду и занимают совершенно определенное место (зону) (рис. 3.2).

Используется для разделения сложных смесей биополимеров — белков, нуклеиновых кислот и др.

Рентгеноструктурный анализ.

Основан на изучении дифракции, возникающей при взаимодействии рентгеновского излучения с кристаллическим образцом.

Рис. 3.2. Электрофореграмма смеси белков (каждому пятну соответствует определенная белковая фракция)

Применяется для исследования атомно-молекулярного строения биологических полимеров — пептидов, полисахаридов, нуклеиновых кислот.

5. Хроматография. Разделение смеси веществ за счет различий в их распределении в системе, состоящей из двух компонентов — подвижного (газовая или жидкая фаза) и неподвижного (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе).

Основные разновидности: жидкостная, газовая, тонкослойная хроматография.

Используется для разделения и анализа смесей веществ, а также изучения их физико-химических свойств (массы и размеров молекул и др.).

Электрофорез.

Электрофорез (от электро… и греческого рhoresis – перенесение) – направленное перемещение заряженных частиц в дисперсионной среде под действием внешнего постоянного электрического поля к противоположно заряженному электроду.

Метод позволяет разделять макромолекулы, различающиеся по таким важнейшим параметрам, как

размеры (или молярная масса),

причем эти параметры могут выступать как порознь, так и в совокупности.

Физический принцип метода заключается в следующем. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Если через этот раствор пропускать электрический ток, то под действием электрического поля макромолекулы в соответствии со своим зарядом мигрируют в направлении катода или анода. В зависимости от величины заряда и размеров молекулы приобретают разные скорости, и в этом — сущность процесса разделения смеси белков методом электрофореза. Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны или фракции, содержащие одинаковые молекулы.

Читайте также:  Никита Леонтьев Фонд «Подари жизнь»

Факторы, влияющие на электрофоретическую подвижность

Молекула белка в растворе при любом значении рН, отличающемся от изоэлектрической точки, имеет определенный заряд. Это приводит к тому, что белок движется в электрическом поле (макрокатион к катоду, макроанион к аноду). На электрофоретическую подвижность белковых молекул влияют следующие факторы:

Размер и форма макромолекулы.

Чем больше величина заряда белковой молекулы, тем выше ее электрофоретическая подвижность из-за увеличения силы электростатического притяжения с противоположно заряженным электродом.

Напряженность электрического поля (Н, В/м)

Характер буферного раствора

Электрофорез сыворотки крови обычно проводят при нейтральных или слабощелочных рН = 8,6, когда большинство белков мигрирует к аноду.

Чаще всего в качестве носителей используют относительно инертные вещества, но их состав все же оказывает влияние на подвижность разделяемых веществ, и, выбор носителя зависит от природы образца.

Методы электрофореза

Существует множество разновидностей и модификаций метода электрофореза, которые используются в различных областях.

Выделяют три основных типа электрофоретических систем: электрофорез с подвижной границей, зональный электрофорез и стационарный (вытесняющий) электрофорез.

Электрофорез белков подразделяется также на одномерный и двумерный, препаративный и аналитический, а также электрофорез нативных белков. В случае использования иммунологических методов для выявления разделенных белков используется иммуноэлектрофорез.

Зональный электрофорез

В случае зонального электрофореза смешивание разделенных зон может быть предотвращено. При этом методе разделение производят в закрепленной среде. Наиболее распространены методы разделения на пористых носителях.

Электрофорез на бумаге. Электрофорез проводят с использованием боратных, фосфатных или веронал-мединаловых буферных растворов. Носителем служит специальная хроматографическая бумага, которую разрезают на полоски требуемого размера. Наносят сыворотку крови на катодный конец смоченной буферным раствором полоски. В зависимости от типа прибора и условий опыта электрофорез на бумаге длится от 4 до 16 часов. Скорость движения белков пропорциональна величине их электрического заряда. За определенное время белковые фракции пройдут различный путь и разделятся.

Схема прибора для электрофореза на бумаге.

Читайте также:  Как избавится от вздутия живота и газов в домашних условия

Затем белки фиксируют высушиванием и красят красителями. Окрашенные зоны белковых фракций вырезают и элюируют специальным растворителем (растворNaOH) для фотометрического определения каждой фракции. При электрофорезе на бумаге белков сыворотки крови получается до 5 фракций: альбумины, 1-, 2-, -, -глобулины.

Электрофореграмма сыворотки крови на хроматографической бумаге:

1 – альбумин, 2 – 1-глобулин, 3 – 2-глобулин, 4 – -глобулин, 5 – -глобулин.

Электрофорез на ацетатцеллюлозной мембране. Мембрана ацетатцеллюлозы как носитель для электрофореза имеет ряд преимуществ по сравнению с бумагой: однородность, строго определен­ный размер пор, пониженная адсорбционная способность, что исключает образование размытых полос позади зон. Для окрашивания зон применяют методы аналогичные методам окрашивания зон на бумаге.

Электрофорез в гелях. В этом методе в качестве опорной среды используют крахмальный, агар-агаровый, полиакриламидный гели. Характерной особенностью этой разновидности зонального электрофореза является его высокая разрешающая способность, поскольку гели функционируют как молекулярные сита: крупные молекулы проходят сквозь него тем медленнее, чем меньше размер пор в геле. Методом электрофореза в агаровом геле в сыворотке крови выявляется до 7-8 фракций, а при электрофорезе в крахмальном или полиакриламидном геле – до 20 фракций. Агаровый гель ввиду большого количества воды в нем и вследствие этого большой скорости движения ионов используется в иммуноэлектрофорезе для обнаружения антигенов. Самым перспективным является полиакриламидный гель, так как он прозрачен, обладает значительной механической прочностью, однороден по составу, химически инертен, размер пор у этого геля можно варьировать в широких пределах и его можно использовать с самыми различными буферными растворами. Скорость движения белков пропорциональна их заряду и молекулярной массе.

Фотография электрофореграмм смеси белков, разделенных в полиакриламидном геле, иллюстрирующая разделение белков по заряду и молекулярной массе.

Вариантов проведения электрофореза в полиакриламидном геле много (вертикальный в трубках и горизонтальный на пластинах).

Схема простейшего прибора для электрофореза в геле

а — до фракционирования,

б — после его окончания

Схема прибора для электрофореза в горизонтальных пластинах

1-антиконденсационная крышка;

2 – электродный резервуар;

3 — колодец для внесения препарата; 4 гель; 5 — фитиль;

6-охлаждающий столик

Вытеснительный электрофорез.

Этот метод характеризуется тем, что через некоторое время после разделения зон устанавливается состояние равновесия, при котором ширина зон в дальнейшем не изменяется. К электрофорезу такого типа относятся изоэлектрическое фокусирование.

Изоэлектрическое фокусирование. Это метод разделения белков, основанный на перемещении их молекул под действием постоянного электрического тока в область с величиной рН, соответствующей изоэлектрической точке данного белка. Между анодом и катодом создается градиент рН с помощью амфолитов. Каждый белок мигрирует к соответствующему электроду и прекращает движение, попадая в зону с pH = pJ (фокусируется). Таким образом, молекулы, имеющие одинаковую изоэлектриче­скую точку, сконцентрируются в узкой зоне.

Читайте также:  Аллергия мифы и реальность

Методы изучения клетки

Методы изучения клетки

  1. Оптическая микроскопия (увеличение – 8 000 раз, минимальный размер объекта – 0,2 мкм).
  2. Электронная микроскопия (увеличение – 100 000 раз, толщина препаратов не больше 500 х 10-8 см).
  3. Туннельная микроскопия – алмазная игла сканирует препарат. В момент перекрывания электронных облаков иглы и молекул препарата компьютер регистрирует скачок электрического тока. После анализа полученных данных компьютер строит изображение на экране дисплея (разрешение – отдельные атомы).
  4. Флуоресцентная микроскопия – для изучения микроструктур клетки используют специальные флуоресцентные красители и флуоресцентный микроскоп.
  5. Сканирующая микроскопия – использование сканирующего электронного микроскопа для получения объёмных изображений клетки.
  6. Фазово-контрастная микроскопия – получение изображений прозрачных объектов с помощью оптического микроскопа за счет сдвига фаз электромагнитных волн.
  7. Интерференционная микроскопия – наблюдение неокрашенных прозрачных структур и вычисление их сухой массы.
  8. Химические методы.
  9. Центрифугирование – разделение частей клеток, отличающихся по удельному весу, с помощью центрифуги; выделение разных компонентов клетки и их исследование.
  10. Хроматография – метод, основанный на разной скорости движения через адсорбент растворенных в специальном растворе веществ; при пропускании такого раствора через адсорбент каждое вещество из смеси передвигается на определенное расстояние в зависимости от своей молекулярной массы (в качестве адсорбента используют волокна фильтровальной бумаги, порошок целлюлозы и др.).
  11. Электрофорез в геле – разделение смеси веществ в растворе с помощью электрического тока.
  12. Метод меченных атомов – введение радиоактивного изотопа какого-либо химического элемента в состав вещества для того, чтобы проследить путь его превращений в клетке.
  13. Метод культуры клеток и тканей – изучение живых клеток под микроскопом вне организма (рост, размножение, выделение факторов роста, получение клеточных гибридов и др.).
  14. Метод рекомбинантных ДНК – изучение тонких механизмов клеточных процессов, функций генов путем встраивания ДНК исследуемых объектов в генетический аппарат бактерий или вирусов (генная биоинженерия).
  15. Методы нанобиотехнологии.

Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.

Ссылка на основную публикацию
Эктопический предсердный ритм что это такое
Созонов Андрей Викторович Здравствуйте! Моей дочери на школьном медосмотре поставили диагноз Синусовая аритмия, полувертикальная электрическая позиция сердца, неполная блокада правой...
Экзофтальмометрия — что это, показания, виды, проведение процедуры, расшифровка показателей
КЛИНИКА НА РЕЧНОМ ВОКЗАЛЕ Направления Лечения Цены Акции Оставить заявку Лечение офтальмологии Авторефрактометрия Биомикроскопия Глазного Дна Биомикроскопия Переднего Отрезка Глаза...
Экламиз цена в аптеках Москвы, купить — Поиск лекарств
Экламиз Действующее вещество: Фармакологические группы Ингибиторы АПФ в комбинациях Блокаторы кальциевых каналов в комбинациях Нозологическая классификация (МКБ-10) I10 Эссенциальная (первичная)...
Эластичные бинты для приседаний
Эластичный бинт: разновидности, применение в медицине и спорте Эластичные бинты используются для надежной фиксации и компрессии тканей. Области их применения...
Adblock detector