الرحلان الكهربائي

كتابة: أسماء صبحي آخر تحديث: 29 أبريل 2021 , 00:22

ما هو الرحلان الكهربائي

الرحلان الكهربائي هو عملية كهربائية حركية تفصل الجسيمات المشحونة في سائل باستخدام مجال الشحنة الكهربائية، وغالبًا ما يستخدم في علوم الحياة لفصل جزيئات البروتين أو الحمض النووي ويمكن تحقيقه من خلال عدة إجراءات مختلفة اعتمادًا على نوع وحجم الجزيئات.

وتختلف الإجراءات في بعض النواحي ولكنها تحتاج جميعها إلى مصدر للشحن الكهربائي ووسيط دعم ومحلول عازل، زيستخدم الرحلان الكهربائي في المعامل لفصل الجزيئات على أساس الحجم والكثافة والنقاء.

ويتم تطبيق مجال كهربائي على الجزيئات وبما أنها نفسها مشحونة كهربائيًا، فإنها تؤدي إلى قوة تؤثر عليها، وكلما زادت شحنة الجزيء كلما زادت القوة المطبقة بواسطة المجال الكهربائي، وبالتالي كلما زادت الحركة خلال وسيط الدعم سيتحرك الجزيء بالنسبة إلى كتلته.

وتتضمن بعض أمثلة تطبيقات الرحلان الكهربائي تحليل الحمض النووي والحمض النووي الريبي بالإضافة إلى الفصل الكهربائي للبروتين وهو إجراء طبي يستخدم لتحليل وفصل الجزيئات الموجودة في عينة السائل “الأكثر شيوعًا عينات الدم والبول”.

وعادةً ما تُستخدم أنواع مختلفة من المواد الهلامية كوسيط دعم للرحلان الكهربائي وقد يكون هذا في شكل لوح أو أنبوب اعتمادًا على أيهما أكثر فائدة، وتتيح ألواح الهلام تشغيل العديد من العينات في وقت واحد، وبالتالي يتم استخدامها بشكل متكرر في المختبرات، ومع ذلك، فإن المواد الهلامية الأنبوبية تعطي دقة أفضل للنتائج، لذلك يتم اختيارها غالبًا من أجل الفصل الكهربائي للبروتين. [1]

أنواع الرحلان الكهربائي

يعد الفصل الكهربائي أحد أبسط الأدوات التحليلية وأكثرها حساسية المستخدمة في فصل البروتينات والأحماض النووية والجزيئات البيولوجية الأخرى في محاليل العينات، ومع ذلك، هل تعلم أن هناك حوالي ثمانية أنواع من الرحلان الكهربائي وأن كل واحدة من هذه التقنيات يمكن أن تعطيك معلومات فريدة وقيمة عن البروتين الذي تستهدفه، ومن هذه الأنواع المختلفة ما يلي: [2]

الرحلان الكهربائي الروتيني

الرحلان الكهربائي الروتيني هو الأسلوب المخبري السريري التقليدي والأكثر استخدامًا لفصل البروتينات والأحماض النووية، وعادة ما يتم تنفيذ هذه التقنية على جل بلاطة مستطيل الشكل وتسمى أيضًا “الرحلان الكهربي للمنطقة” لأنها يمكن أن تستوعب عدة عينات وعناصر تحكم على هلام واحد.

ويمكن استخدامه لفصل المواد المذابة في دورة واحدة، ويمكن استخدامه أيضًا في فصل السائل الدماغي النخاعي وبروتينات البول، والإنزيمات المتماثلة، والبروتينات الدهنية، والهيموجلوبين.

الرحلان الكهربائي عالي الدقة

الرحلان الكهربي عالي الدقة (HRE) ليس سوى رحلان كهربي روتيني يستخدم جهدًا عاليًا، وعادةً ما يوصى بهذه التقنية بشدة إذا كنت بحاجة إلى دقة بروتين أعلى “مثل فصل بروتينات السائل النخاعي للكشف عن التصلب المتعدد، وفصل سلاسل الضوء في البول للكشف المبكر عن الورم النقوي المتعدد ، وما إلى ذلك”.

ونظرًا لأن زيادة الجهد تؤدي أيضًا إلى زيادة الحرارة الناتجة، فإن HRE يشتمل على أجهزة تبريد لمنع تمسخ البروتينات وتجفيف الهلام والمكونات الأخرى.

بولي أكريلاميد (PAGE)

عادةً ما يستخدم الرحلان الكهربائي بواسطة مادة الأكريلاميد “المعروفة أيضًا باسم PAGE” لفصل البروتينات بناءً على الحجم الجزيئي ونسبة الشحنة إلى الكتلة، وبمساعدة الألواح العمودية أو الهلام المدمج في قضبان أو أسطوانات عمودية، يمكن للباحثين فصل الحمض النووي المكون من 100 زوج قاعدي أو أقل وتحليل البروتينات الفردية في مصل الدم “مثل المتغيرات الجينية، والإنزيمات المتشابهة”.

وبصرف النظر عن بساطته وسرعة فصله، يحب الباحثون PAGE نظرًا لأن المواد الهلامية مستقرة على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة، ويمكن تشكيل المواد الهلامية ذات أحجام المسام المختلفة.

الرحلان الكهربي الشعري (CE)

يتم إجراء التفريد الكهربي في الشعيرات الدموية التي يبلغ قطرها دون المليمتر “أي الأنابيب الشعرية السيليكا شديدة الرقة والمنصهرة بقطر داخلي يتراوح من 25 إلى 100 مم”، ويجمع بين الرحلان الكهربي والكروماتوجرافيا السائلة عالية الأداء لتسهيل فصل المادة التحليلية.

ويفضل عدد كبير من الباحثين استخدام CE لأنه لا يتطلب سوى كمية صغيرة من العينة، وهو فعال للغاية، وينتج عنه نتائج سريعة، ويمكن أن يكون آليًا بسهولة.

التركيز الكهروضوئي (IEF)

إذا كنت تريد فصل المركبات المذبذبة “مثل البروتينات” بدقة أعلى، فأنت بحاجة إلى استخدام هذا التركيز الكهروضوئي، ويستخدم IEF المواد الهلامية المملوءة بالمواد الكيميائية لإنشاء تدرج درجة الحموضة عبر سطح الهلام ويطبق جهدًا عاليًا للغاية لتسهيل انتقال جزيئات البروتين إلى النقطة التي يكون فيها صافي شحنتها صفرًا “نقطة متساوية الكهرباء”.

وتتضمن بعض مزايا استخدام IEF سهولة الإجراء، أي أن وضع تطبيق العينة ليس مهمًا لأن البروتين سينتهي دائمًا في وضع يتوافق مع موضعه ودقته العالية.

الرحلان الكهربي للتثبيت المناعي (IFE)

بشكل عام، يتم استخدام IFE في الكشف عن اعتلالات الغلوبولين المناعي وحيدة النسيلة أو التوسعات أحادية النسيلة لجسم مضاد واحد غير وظيفي مثل IgA و IgG و IgM ، والتي قد يشير وجودها إلى حالات مثل المايلوما المتعددة أو والدنستروم macroglobulinemia، ويمكن استخدامه أيضًا في دراسة مستضدات البروتين ومنتجاتها المنقسمة.

الرحلان الكهربائي للجل النبضي (PFGE)

لا يمكنك فصل جزيئات الحمض النووي الكبيرة التي يزيد حجمها عن 50 كيلو قاعدة (kb) باستخدام AGE أو PAGE في أنظمة الفصل الكهربائي الروتينية لأن أحجام مسام الهلام صغيرة جدًا بحيث لا تسمح بترحيلها، ومع ذلك، يمكنك استخدام المجال الكهربائي للهلام النبضي (PFGE) لتسهيل التجزئة الناجحة لجزيئات الحمض النووي الكبيرة حتى 10 ميجا بايت.

وتفصل PFGE شظايا الحمض النووي بشكل فعال عن طريق تطبيق تيار كهربائي يغير الاتجاه باستمرار على مصفوفة الهلام، ومن خلال تبديل الأقطاب الموجبة والسالبة في دورات أثناء الرحلان الكهربائي، وتضطر جزيئات الحمض النووي إلى إعادة توجيه نفسها، وفي النهاية تنقسم إلى أجزاء أصغر، ويستخدم PFGE بشكل شائع في التنميط الجيني أو البصمات الجينية ويعتبر المعيار الذهبي في التصنيف الفرعي للبكتيريا نظرًا لبساطته وقابليته للتكاثر.

ومع ذلك، فإن هذا البروتوكول يستغرق وقتًا طويلاً للغاية ويتطلب مستوى عالٍ من المهارات، بالإضافة إلى ذلك، قد يكون من الصعب تفسير النتائج نظرًا لأن الأجزاء مفصولة وفقًا لحجمها “أي الفصل لا يعتمد على التسلسل”، وقد لا تأتي الأجزاء من نفس الحجم من نفس الجزء من الكروموسوم.

الرحلان الكهربائي ثنائي الأبعاد

في الرحلان الكهربائي ثنائي الأبعاد، يتم فصل العينة باستخدام طريقتين منفصلتين للفصل “على سبيل المثال IEF متبوعًا بـ PAGE أو AGE”، ويتم تحديدها في بعدين موجهين في الزوايا اليمنى لبعضهما البعض، ونظرًا لأنه يتم حل النطاقات الناتجة بشكل أكبر باستخدام الفصل الكهربائي الثاني، فهناك احتمال كبير بأن تحصل على مزيد من المعلومات من عينتك.

ويعتبر الرحلان الكهربائي ثنائي الأبعاد عالي التخصص ويستخدم بشكل شائع في أبحاث البروتينات وعلم الوراثة، بينما يمكنها تحليل آلاف البروتينات في دورة واحدة، تتطلب هذه التقنية قدرًا كبيرًا من عينة البداية، ولديها قابلية استنساخ محدودة، وإنتاجية منخفضة، وبالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه التقنية فقط مع الجزيئات الحيوية المتوسطة إلى الكبيرة الحجم ولا تنتج قياسات دقيقة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق