История электрофореза
История электрофореза для молекулярного разделения и химического анализа началась с работы Арне Тиселиуса в 1931 году, а новые процессы разделения и методы анализа химического состава, основанные на электрофорезе, продолжают разрабатываться в 21 веке. [1] Тиселиус при поддержке Фонда Рокфеллера разработал « аппарат Тизелиуса » для электрофореза с подвижной границей , который был описан в 1937 году в известной статье « Новый аппарат для электрофоретического анализа коллоидных смесей ». [2] не появились эффективные методы зонного электрофореза Этот метод распространялся медленно, пока в 1940-х и 1950-х годах использовалась фильтровальная бумага или гели , в которых в качестве вспомогательной среды . К 1960-м годам более совершенные методы гель-электрофореза сделали возможным разделение биологических молекул на основе мельчайших физических и химических различий, что способствовало развитию молекулярной биологии . Гель-электрофорез и связанные с ним методы стали основой для широкого спектра биохимических методов , таких как дактилоскопия белков , Саузерн-блоттинг , другие процедуры блоттинга, секвенирование ДНК и многие другие. [3]
До Тиселиуса
[ редактировать ]Ранние работы с основным принципом электрофореза относятся к началу 19 века и основаны на законах электролиза Фарадея, предложенных в конце 18 века, и других ранних электрохимиях . Электрокинетическое явление впервые наблюдали в 1807 году русские профессора Петр Иванович Страхов и Фердинанд Фредерик Ройсс в Московском университете . [4] который заметил, что приложение постоянного электрического поля заставляет частицы глины, диспергированные в воде , мигрировать.
Эксперименты Иоганна Вильгельма Хитторфа , Вальтера Нернста и Фридриха Кольрауша по измерению свойств и поведения малых ионов, движущихся через водные растворы под действием электрического поля, привели к общему математическому описанию электрохимии водных растворов. Кольрауш создал уравнения для изменения концентрации заряженных частиц, движущихся через раствор, включая резкие движущиеся границы мигрирующих частиц. К началу 20 века электрохимики обнаружили, что такие движущиеся границы заряженных частиц можно создавать с помощью U-образных стеклянных трубок. [5]
Методы оптического обнаружения движущихся границ в жидкостях были разработаны Августом Теплером в 1860-х годах; Тёплер измерял шлиры ( тени ) или небольшие изменения оптических свойств в неоднородных растворах. Этот метод в сочетании с теоретическими и экспериментальными методами создания и анализа движущихся заряженных границ лег в основу метода электрофореза с движущимися границами Тиселиуса . [6]
Развитие и распространение аппарата Тизелиуса
[ редактировать ]Аппарат, разработанный Арне Тиселиусом в 1931 году, позволил реализовать ряд новых применений электрофореза при анализе химических смесей. Его разработка, в значительной степени финансируемая Фондом Рокфеллера , была продолжением более ранних исследований Тиселиуса на степень доктора философии. При дополнительной поддержке Фонда Рокфеллера дорогой аппарат Тизелиуса был построен в ряде крупных центров химических исследований.
После Тиселиуса
[ редактировать ]К концу 1940-х годов новые методы электрофореза начали устранять некоторые недостатки электрофореза с подвижной границей аппарата Тизелиуса , который не был способен полностью разделять электрофоретически сходные соединения. Вместо того, чтобы заряженные молекулы свободно перемещались через растворы, в новых методах использовались твердые или гелевые матрицы для разделения соединений на дискретные и стабильные полосы (зоны); в 1950 году Тиселиус назвал эти методы « зонным электрофорезом ».
Зонный электрофорез нашел широкое применение в биохимии после того, как Оливер Смитис в 1955 году представил крахмальный гель в качестве электрофоретического субстрата. Крахмальный гель (а позже полиакриламид и другие гели) позволил эффективно разделять белки, что позволило с помощью относительно простой технологии анализировать сложные белковые смеси и выявить мельчайшие различия в родственных белках.
Несмотря на развитие методов электрофореза высокого разрешения, точный контроль таких параметров, как размер пор и стабильность полиакриламидных гелей, все еще оставался серьезной проблемой в 20 веке . Эта техническая проблема была окончательно решена в начале 2000-х годов с введением стандартизированного времени полимеризации полиакриламидных гелей, что позволило впервые фракционировать физиологические концентрации высокоочищенных кофакторов ионов металлов и связанных с ними белков в количественных количествах для структурного анализа. [7]
Широкое применение
[ редактировать ]С 1950-х годов методы электрофореза значительно разнообразились, и новые методы и приложения все еще разрабатываются. аффинный электрофорез , капиллярный электрофорез , электроблоттинг , анализ электрофоретического сдвига подвижности , электрофорез в свободном потоке , изотахофорез , препаративный нативный PAGE и гель-электрофорез в импульсном поле . [7]
См. также
[ редактировать ]- Электрофорез
- Электрофорез (журнал)
- История биохимии
- История хроматографии
- История электрохимии
- История гель-электрофореза
- История молекулярной биологии
Примечания
[ редактировать ]- ^ Малхотра, П. (2023). Аналитическая химия: основные методы и методы . Спрингер, ISBN 9783031267567. с. 346.
- ^ Тиселиус, Арне (1937). «Новый аппарат для электрофоретического анализа коллоидных смесей». Труды Фарадеевского общества . 33 : 524–531. дои : 10.1039/TF9373300524 .
- ^ Михов, Б. (1995). Электрофорез: теория и практика . Де Грюйтер, ISBN 9783110149944. с. 405.
- ^ Ройсс, Ф. Ф. (1809). «О новом эффекте гальванического электричества». Воспоминания Императорского общества естествоиспытателей Москвы . 2 :327–37.
- ^ Вестерберг, стр. 4-5
- ^ Вестерберг, стр. 5.
- ^ Перейти обратно: а б Михов, Б. (2022). Основы электрофореза: основная теория и практика . Де Грюйтер, ISBN 9783110761627. doi : 10.1515/9783110761641 . ISBN 9783110761641 .
Ссылки
[ редактировать ]- Вестерберг, Олоф (1989). «История электрофоретических методов», Журнал хроматографии , том 480, стр. 3–19.
