İçeriğe atla

Elektroforez

Elektroforez, bir elektrik alanın etkisi altında yüklü parçacıkların (iyonların) göçünü ve ayrılmasını tanımlayan genel bir terimdir. Bu teknoloji, nükleik asitlerin ayrıştırılması ve analizi için önem taşımaktadır. Nükleik asitlerin elektroforezi, klonlanmış DNA fragmanlarının izolasyonu ve manipülasyonu için laboratuvar tezgahında rutin olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, nükleik asitlerin hücrelerdeki ve dokulardaki rolünü ve etkileşimini değerlendiren birçok moleküler biyoloji protokolünün kritik bir bileşenidir. Nükleik asit elektroforezi, mevcut genom dizileme çağında özel bir önem kazanmıştır. Bu uygulama, nükleik asit analizinin hızı ve doğruluğunu yansıtacak şekilde gelişmiştir.[1]

Elektroforez sistemi, elektrolit adı verilen iletken bir ortamla birbirine bağlanan zıt yüklü iki elektrottan (anot, katot) ve enerji kaynağından oluşur. Negatif yüklü elektrotlar pozitif yüklü elektrotlara doğru hareket eder.
Elektroforez tekniği.

Elektroforez, proteinlerin, DNA karbonhidratlarının ve diğer biyomoleküllerin ayrılması ve analizi için önemli bir analitik tekniktir. Moleküler biyolojide kullanılan birçok teknik için temel bir önkoşuldur ve kromatografi ve spektroskopinin yanı sıra laboratuvarda temel bir prosedürdür. Bununla birlikte, halihazırda oldukça karmaşık ve otomatik olan bu diğer iki tekniğin aksine, elektroforez manuel ve yoğun emek gerektirir.[2]

Geçmişi

Elektrokinetik elektroforez fenomeni ilk kez 1807'de Moskova Üniversitesi'nden Rus profesörler Peter Ivanovich Strakhov ve Ferdinand Frederic Reuss tarafından gözlemlenmiştir. Sabit bir elektrik alanı uygulamasının suda dağılmış kil parçacıklarının göç etmesine neden olduğunu fark etmişler. Bu nedenle de molekülleri boyut, yük veya bağlanma afinitesine göre ayırmak için bu tekniğin temelini koymuşlar.[3] Moleküler ayırma ve kimyasal analiz için kullanılan elektroforez tekniğinin tarihi, 1931'de Arne Tiselius'un çalışmasıyla başlarken, 21. yüzyılda elektroforeze dayalı yeni ayırma süreçleri ve kimyasal analiz teknikleri geliştirilmeye devam ediyor. Rockefeller Vakfı'nın desteğiyle Tiselius, 1937'de tanınmış "Kolloidal Karışımların Elektroforetik Analizi için Yeni Bir Cihaz" adlı makalede açıklanan sınır elektroforezini hareket ettirmek için "Tiselius aparatını" geliştirdi. Yöntem, destekleyici ortam olarak filtre kağıdı veya jellerin kullanıldığı 1940'larda ve 1950'lerde etkili bölge elektroforez yöntemlerinin ortaya çıkmasına kadar yavaşça yayıldı. 1960'lara gelindiğinde, giderek daha karmaşık hale gelen jel elektroforez yöntemleri, biyolojik molekülleri en küçük fiziksel ve kimyasal farklılıklara göre ayırmayı mümkün kılarak moleküler biyolojinin yükselişine yardımcı oldu.[4]

Mekanizma

Bir elektroforetik sistem, elektrolit adı verilen iletken bir ortamla birbirine bağlanan iki zıt yüklü elektrottan (anot, katot) oluşmaktadır. İyonik parçacıklar üzerindeki ayırma etkisi, parçacığın hareketliliğinin (m) ve alan kuvvetinin (E) ürünü olan hızlarındaki (v) farklılıklardan kaynaklanır: v=mE. Bir iyonik partikülün hareketliliği (m), partikül boyutu, şekli, yükü ve ayırma sırasındaki sıcaklık ile belirlenmektedir. İyonik partikülün hareketliliği, sürekli olarak tanımlanan elektroforetik koşullar altındadır. Elektroforetik koşullar, elektriksel parametreler (akım, voltaj, güç) ve iyonik kuvvet, pH değeri, viskozite, gözenek boyutu gibi faktörlerle karakterize edilir. Bu faktörler, partiküllerin içinde hareket ettiği ortamı tanımlamaktadır.[5] Örneğin, DNA, negatif yüklü bir moleküldür ve bu nedenle, bir elektrolit çözeltisindeki bir elektrik alanı varlığında pozitif anoda doğru hareket eder ve diferansiyel hareketlilik, boyuta göre belirlenmektedir.

Genetik

Elektroforez, enzim polimorfizmlerinin tek boyutlu elektroforezinden, insan genomu projesinde DNA elektroforezinin kullanımına kadar, tüm insan genomunun dizilenmesiyle sonuçlanan genetik çalışmasında önemli gelişmeleri kolaylaştırmıştır. DNA fragmanlarının jel elektroforezi günümüzde insan sağlığını etkileyen genetik kusurların araştırılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır ve moleküler düzeyde kalıtsal hastalığın anlaşılmasında önemli gelişmelere yol açmıştır. Baz dizisindeki mutasyonlar ayrıca sınırlama nükleazları tarafından bozunmada oluşan fragmanların boyutunda değişikliklere yol açabilir. Uygun olduğunda, spesifik genler (DNA fragmanları), polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) 15 Mayıs 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ile hedeflenebilir ve amplifiye edilebilir.

Proteinlerin elektroforetik olarak ayrılması (gen ürünleri ve bunların translasyon sonrası modifikasyonları), genetik polimorfizmler ve kalıtsal hastalıkların incelenmesinde önemli bir araç olmaya devam etmektedir. İlgi konusu proteinler için saptama yöntemleri arasında protein boyama, zimogramlar, Western blotlama ve izotopik etiketleme yer almaktadır. Çoğu durumda, mutant genin ürünü bilinmemektedir. Bu gibi durumlarda, ilgili geni klonlamak ve ürününü, yani "gruplanmış" olarak karakterize etmek artık mümkündür.[6]

Kaynakça

  1. ^ Encyclopedia of Analytical Science (PDF). 2005. 15 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 
  2. ^ Fluorescent and Luminescent Probes for Biological Activity (Second Edition). 1999. 15 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 
  3. ^ "Sur un nouvel effet de l'électricité galvanique". Mémoires de la Société Impériale des Naturalistes de Moscou. 1809. 15 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 
  4. ^ "A new apparatus for electrophoretic analysis of colloidal mixtures". Transactions of the Faraday Society. 1937. 10 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 
  5. ^ Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition). 2003. 18 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 
  6. ^ Encyclopedia of Analytical Science (Second Edition). 2005. 28 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mayıs 2021. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Protein</span> polipeptitlerin işlevsellik kazanması sonucu oluşan canlıların temel yapı birimi

Proteinler, bir veya daha fazla uzun amino asit artık zincirini içeren büyük biyomoleküller ve makromolekül'lerdir. Proteinler organizmalar içinde, hücrelere yapı ve organizmalar sağlayarak ve molekülleri bir konumdan diğerine taşıyarak metabolik reaksiyonları katalizleme, DNA kopyalama, uyaranlara yanıt verme dahil olmak üzere çok çeşitli işlevler gerçekleştirir. Proteinler, genlerinin nükleotit dizisi tarafından dikte edilen ve genellikle faaliyetini belirleyen özel 3D yapıya protein katlanmasıyla sonuçlanan amino asit dizilimlerinde birbirlerinden farklıdır.

Genetik mühendisliği, canlıların kalıtsal özelliklerini değiştirerek, onlara yeni işlevler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim alanıdır. Bu uygulamalarla uğraşan bilim insanlarına "genetik mühendisi" denir. Genetik mühendisleri, genlerin yalıtılması, çoğaltılması, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da genlerin bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması gibi çalışmalarla uğraşırlar. Genetik mühendisliği için, rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlaması, DNA klonlaması, genetik maniplasyon/modifikasyon veya gen ekleme (splays) birçok bilim insanınca eş anlamlı olarak kullanılabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Kromozom</span> Dnaların kendini protein kılıfla kaplamasından sonra oluşan Dna sarmalı topluluğu

Kromozom, ; DNA'nın "histon" proteinleri etrafına sarılmasıyla, yoğunlaşarak oluşturduğu, canlılarda kalıtımı sağlayan genetik birimlerdir. Kromozomlar mikrometre boyutunda olup hücre bölünmesinin metafaz aşamasında ışık mikroskobu ile görüntülenebilmektedirler.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler biyoloji</span> Canlı yapılarını moleküler düzeyde inceleyen bilim dalı.

Moleküler biyoloji, canlılardaki olayları moleküler seviyede inceleyen biyoloji dalıdır.

Moleküler biyolojideki ilk gelişmeler, hızlı çoğalan ve kullanışlı bakteri ve virüslerin incelenmeleriyle elde edilmiştir. İlerideki birçok çalışma, öncelikle prokaryotlarda, sonrasında ökaryotlara uyarlanarak sağlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Tamamlayıcılık (moleküler biyoloji)</span>

Moleküler biyoloji ve biyokimyada tamamlayıcılık veya komplementerlik, iki molekülün birbiriyle temas ettikleri yüzeylerindeki şekillerin uyumu sayesinde birbirlerine sıkı bir şekilde bağlanarak bir bütün oluşturma özellikleridir. Tamamlayıcılık, nükleik asitler ve birbirine bağlanan protein-ligand ikilileri için kullanılır. Tamamlayıcılık ayrıca, birbirini tamamlayan nükleik asitlerin dizileri için de kullanılır.

Moleküler biyolojide anlam, DNA ve RNA gibi nükleik asit moleküllerinde bulunan bilginin yönünün (polaritesinin) başka nükleik asitlerle karşılaştırılmasında kullanılan bir kavramdır. Hangi bağlamda kullanıldığına bağlı olarak "anlam" terimi farklı manalara gelebilir. Bir manasıyla "anlam", bir nükleik asidin protein kodlama özelliğidir. Bir diğer manasıyla "anlam", tek iplikli RNA virüslerinde, viriondan çıkan genomik RNA'nın doğrudan protein kodlayabilme özelliğidir. "Antianlamlı" nükleik asitlerden söz edilince, anlamlı bir mRNA'nın ifadesini engelleyen, komplemanter dizili bir nükleik asit kastedilir.

<span class="mw-page-title-main">Etidyum bromür</span>

Etidyum bromür moleküler biyoloji laboratuvarlarında nükleik asitleri flüoresan işaretlemekte kullanılan bir enterkalasyon ajanıdır. Bu molekül morötesi ışığa maruz kalınca turuncu renkte ışınır, DNA'ya bağlı olması halinde ışığın seviyesi 20-kat daha fazla olur. Jel elektroforezi gibi laboratuvar tekniklerinde DNA görüntülenmesinde etidyum bromürün bu özelliğinden yararlanılır. Bu bileşik, Homidium adı altında, veterinerler tarafından 1950'lerden beri büyükbaş hayvanlarda tripanozomosis tedavisinde kullanılmıştır. Etidyum bromürün kuvvetli bir mutajendir. Bundan dolayı kanserojen ve teratojen olduğu tahmin edilmektedir ama dikkatli bir şekilde test edilmemiştir.

Biyomoleküler yapı biyomoleküllerin yapısıdır. Bu moleküllerin yapısı genelde birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapı olarak ayrılır. Bu yapının iskeleti, molekül içinde birbirine hidrojen bağları ile bağlanmış ikincil yapı elemanları tarafından oluşturulur. Bunun sonucunda protein ve nükleik asit yapı bölgeleri oluşur.

Protein saflaştırması, karmaşık bir karışımdan tek bir tip proteini izole etmek için izlenen bir seri süreçtir. İlgi duyulan bir proteinin işlevi, yapısı ve diğer proteinlerle etkileşiminin karakterizasyonu için protein saflaştırması şarttır. Başlangıç malzemesi genelde bir biyolojik doku veya mikrobiyal kültürdür. Saflaştırma sürecinin çeşitli adımları sonucunda, protein içinde hapsolduğu ortamdan kurtarılır, karışımda bulunan protein olan ve protein olmayan kısımlar birbirinden ayrılır ve nihayet arzulanan protein tüm diğer proteinlerden ayrıştırılır. Bir proteinin diğer tüm proteinlerden ayrıştırmak, protein saflaştırmasının en zahmetli yanıdır. Ayrıştırma adımlarında proteinlerdeki büyüklük, fizikokimyasal özellikler, bağlanma afinitesi ve biyolojik etkinlik gibi unsurlardaki farklılıklardan yararlanılır.

Moleküler biyolojide, restriksiyon fragment uzunluk polimorfizmi veya sınırlayıcı enzim parça uzunluğu çeşitliliği veya RFLP, homolog DNA dizilerindeki değişimlerden yararlanan bir tekniktir. Sınırlayıcı enzim bölgelerinin ayrı konumlarından gelen homolog DNA moleküllerinin örnekleri ve bu örneklendirilebilir segmentlerin ilgili bir laboratuvar tekniği arasında bir farklılık ifade eder. RFLP analizinde, bu DNA örneği restriksiyon enzimleri aracılığıyla parçalarına (sindirilmiş) ayrılmıştır ve elde edilen sınırlama parçaları jel elektroforezi ile kendi uzunluklarına göre ayrışır. RFLP, DNA dizi tekniklerinin artması nedeniyle günümüzde geniş oranda terk edilmiş olmasına rağmen, yaygın uygulamasını görmek için maliyeti oldukça düşük ilk DNA profillemesi tekniğidir.Genetik parmakizine ek olarak, RFLP; genom haritalanmasında, genetik bozuklukta genlerin yerleşiminde, hastalık riskinin belirlenmesinde ve babalık testinde önemli bir araçtı.

<span class="mw-page-title-main">Jel elektroforezi</span>

Jel elektroforezi, saflaştırılmış nükleik asit ve proteinlerin molekül ağırlığı, miktarı ve alt tiplerinin saptanmasında yaygın olarak kullanılan moleküler bir inceleme yöntemidir.

Moleküler evrim, nesiller boyu aktarılacak şekilde, DNA, RNA ve protein gibi hücresel moleküllerin diziliminin değiştirilmesi işlemidir ya da bununla ilgilenen bilim dalıdır. Moleküler evrimin alanı, bu değişimlerdeki kalıpları açıklamak için evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği ilkelerini kullanır. Moleküler evrim başlıca, nükleotid değişimlerinin oranları ve etkilerini, nötr evrimi, doğal seçilimi, yeni genlerin kökenlerini, karmaşık özelliklerin genetik yapısını, türleşmenin genetik temelini, gelişim evrimini ve evrimin genomik ve fenotipik değişikliklere neden olan etkilerini inceler.

<span class="mw-page-title-main">Poliakrilamid jel elektroforez</span>

Poliakrilamid Jel Elektroforez, birçok laboratuvarda biyolojik makromolekülleri, genellikle protein ve nükleik asitleri, elektroforetik hareketliliklerine göre ayırmak için kullanılan yöntem. Elektroforetik harektlilik uzunluk, konformasyon ve molekülün yükünün bir fonksiyonudur. PAGE RNA numunelerinin analizi için güçlü bir araçtır. Poliakrilamid jel elektroforezin ardından denature olduğunda, RNA türlerinin bileşenleri hakkında bilgi sağlar.

<span class="mw-page-title-main">SDS-PAGE</span>

SDS-PAGE bir poliakrilamid jel elektroforez varyantı olan ve biyokimyada karışımlardaki yüklü molekülleri elektrik alan varlığında moleküler kütlelerine göre ayıran analitik bir metottur. Sodyum dodesil sülfat (SDS) molekülleri proteinlerin izolasyon ve tanımlanmasına yardım ederler.

<span class="mw-page-title-main">Yüksek performanslı sıvı kromatografisi</span>

Yüksek performanslı sıvı kromatografisi bir analitik kimya yöntemidir. Karışımlardaki bileşenlerin, ayrıştırılmasında, nitelik ve niceliklerinin belirlenmesinde kullanılan bir analiz tekniğidir. Bu teknikte pompalar ile pompalanan yüksek basincli sıvı faz aracılığıyla taşınan analitler, kromatografik kolona ulaşır. Kolona ulaşan analitler, kolon ile farklı şekillerde etkileşip, farklı zamanlarda detektöre ulaşırlar. Burada, kolon katı bir adsorbent maddeyle doludur ki bu maddenin özellikleri sayesinde kromatografik ayrışma gerçekleşir.

<span class="mw-page-title-main">İki boyutlu jel elektroforezi</span>

2-DE veya 2-D elektroforez olarak kısaltılan iki boyutlu jel elektroforezi, proteinleri analiz etmek için yaygın olarak kullanılan bir jel elektroforezi biçimidir. Protein karışımları, 2D jellerde iki boyutta iki özellik ile ayrılır. 2-DE ilk olarak 1975 yılında O'Farrell ve Klose tarafından bağımsız olarak rapor edildi.

<span class="mw-page-title-main">Harvey Akio Itano</span> Amerikalı biyokimyager (1920 – 2010)

Harvey Akio Itano, orak hücre anemisi ve diğer hastalıkların moleküler temeli üzerine yaptığı çalışmalarla tanınan Amerikalı bir biyokimyacıdır. Itano, Linus Pauling ile birlikte normal hemoglobin ile orak hücreli hemoglobin arasındaki farkı göstermek için elektroforezi kullanmıştır. 1949 tarihli "Orak Hücre Anemisi, Moleküler Bir Hastalık" hem moleküler tıpta hem de protein elektroforezinde bir dönüm noktasıdır.

Moleküler patoloji, organlar, dokular veya vücut sıvıları içindeki genetik düzeydeki değişimlerin moleküler yöntemler aracılığıyla incelenmesi yoluyla hastalıkların araştırılmasına ve teşhisine odaklanan patoloji'nin yeni gelişmekte olan bir alt dalıdır Moleküler patoloji; tanıyı en uygun hale getirmek, tedaviyi ve hastalığın seyrini en iyi şekilde belirlemek için standart patolojik parametrelere ek olarak, genetik verilerin kullanımı olarak da tanımlanabilmektedir. Önemli bir husus, tanı hem dokulardaki morfolojik değişikliklere hem de moleküler testlere dayandığında daha hassas tanının mümkün olmasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Santral dogma (moleküler biyoloji)</span> Biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının açıklanması

Moleküler biyolojinin santral (merkezi) dogması, biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının bir açıklamasıdır. Orijinal anlamı bu olmasa da, genellikle "DNA RNA'yı, RNA proteini yapar" şeklinde ifade edilir İlk olarak 1957'de Francis Crick tarafından ifade edilmiş, 1958'de ise yayınlanmıştır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.