background image

Charakterystyka DNA: oznaczanie stężenia, ciężaru cząsteczkowego i form 
konformacyjnych DNA przez elektroforezę w żelu agarozowym. 
 

Elektroforeza w żelach agarozowych i poliakrylamidowych jest techniką używaną do 

rozdziału, oznaczania i oczyszczania kwasów nukleinowych i białek.  
Rozdział  polega  na  migracji  rozdzielanych  substancji  pod  wpływem  przyłożonego  prądu 
elektrycznego. W obojętnym pH DNA ma ładunek ujemny i wędruje do anody. 
Stosowane techniki różnią się od siebie zdolnością rozdzielczą i zakresem rozdziału. 

Żele  poliakrylamidowe  są  najbardziej  efektywne,  rozdzielają  cząsteczki  DNA  o 

wielkości  od  5  do  500  pz,  a  w  pewnych  warunkach  można  rozdzielić  fragmenty  DNA 
różniące  się  jednym  nukleotydem.  Można  również  rozdzielić  dwa  łańcuchy  DNA  o  takiej 
samej długości jeśli różnią się one sekwencją nukleotydów. 

W  żelach  agarozowych  można  rozdzielić  fragmenty  od  200pz  do  50000pz,  ale  ich 

zdolność rozdzielcza jest niższa. 

 
W  elektroforezie  w  żelach  agarozowych  szybkość  migracji  liniowych  cząstek  DNA 

jest  odwrotnie  proporcjonalna  do  log

10

  z  ilości  par  zasad.  Duże  cząsteczki  migrują  wolniej, 

gdyż większa jest siła tarcia podczas migracji. Liniowe cząsteczki DNA zostają zorientowane 
przez pole elektryczne i migrują równolegle do lini pola. 
 Na szybkość migracji fragmentów w żelu wpływa: 

 

wielkość fragmentów DNA - mniejsze fragmenty wędrują szybciej 

 

stężenie żelu: 

 

-wzrost stężenia żelu obniża szybkość migracji  

 

-wzrost stężenia żelu wpływa również na zakres rozdziału cząsteczek DNA 

 

Stężenie żelu  

Wielkość fragmentów efektywnie rozdzielanych 

0,3% 

5-60kpz 

0,6% 

1-20kpz 

0,9% 

0,5-7kpz 

1,2% 

0,4-6kpz 

1,5% 

0,2-3kpz 

2% 

0,1-2kpz 

 

  konformacja DNA 

 

3  formy  konformacyjne  plazmidowego  DNA,  superspiralna  kolista  (CCC),  otwarta 

kolista (OC) i liniowa (L) wędrują przez żel z różną szybkością. Zwykle najszybciej wędruje 
forma  CCC,  następnie  forma  L,  a  najwolniej  forma  OC.  Czasami  jednak  w  zależności  od 
stężenia  żelu,  wartości  przyłożonego  prądu  i  siły  jonowej  buforu  forma  liniowa  wyprzedza 
formę  CCC.  By  określić  który  prążek  jest  cząsteczką  DNA  o  formie  CCC  można 
przeprowadzić  doświadczenie  polegające  na  elektroforezie  próbki  w  żelach  zawierających 
różne stężenia bromku etydyny (EtBr). Bromek etydyny rozwija superspiralne skręty DNA i 
powoduje, że forma CCC migruje wolniej. 
 

 

napięcie prądu 

 

Przy  niskich  napięciach  szybkość  migracji  jest  proporcjonalna  do  przyłożonego 

napięcia. Jeśli napięcie wzrasta to szybkość migracji cząstek DNA wzrasta w zależności od 
wielkości. Najlepsze rozdziały elektoforetyczne są otrzymywane przy zastosowaniu prądu ok. 
5V/cm odległości pomiędzy elektrodami. 
 

background image

Żele  agarozowe  używane  są  zwykle  do  horyzontalnej  elektroforezy  zanurzeniowej 

określanej jako "submarine electrophoresis", gdyż żel jest całkowicie zatopiony w buforze w 
którym wykonywana jest elektroforeza.  

Używane są trzy rodzaje buforów: 

  boranowy (Tris Borate Electrophoretic buffer - TBE) 

  octanowy (Tris Acetate Electrophoretic buffer - TAE) 

  fosforanowy (Tris Phosphate Electrophoretic buffer - TPE) 

Bufory  różnią  się  siłą  jonową  i  pojemnością  buforową.  Najczęściej  używany  jest  bufor 

boranowy-TBE. Przygotowany 10x stężony roztwór wyjściowy jest rozcieńczany do roztworu 
roboczego (1x) przed przygotowaniem żelu.  
 
Przygotowanie żelu. 
 

Żele  agarozowe  są  przygotowywane  na  płytkach  szklanych  lub  w  tzw.  rynienkach. 

Przed wylaniem żelu na rynienkę należy zakleić plastrem jej boczne krawędzie lub umieścić 
rynienkę w aparacie do wylewania żeli. Objętość przygotowanego żelu zależy od pojemności 
płytki.  

W  celu  przygotowania  żelu  należy  do  odważonej  agarozy  dodać  odpowiednią 

objętość buforu do elektroforezy np. TBE. Taką zawiesinę należy gotować do całkowitego 
rozpuszczenia  agarozy,  a  następnie  ochłodzić  do  temperatury  ok.  45

C.  Żel  wylać  na 

uprzednio przygotowaną płytkę szklaną lub rynienkę i ustawić grzebień. Grzebień powinien 
być  ustawiony  równolegle  do  krawędzi  żelu,  a  jego  zęby  powinny  się  znajdować  w 
odległości ok. 0,5-1 mm od dolnej powierzchni.
 Żel krzepnie ok. 20 min. w zależności od 
temperatury  otoczenia.  Żele  zawierające  mniej  niż  0,7%  agarozy  są  przygotowywane  w 
chłodni  w  temperaturze  4

C.  Po  zastygnięciu  żelu  należy  ostrożnie  wyjąć  grzebień 

przytrzymując delikatnie powierzchnię żelu. Przygotowany żel należy umieścić w aparacie do 
elektroforezy i zalać buforem 1 x TBE.  

 

Przygotowanie próbek DNA. 

Do sprawdzenia ilości wyizolowanego DNA używany jest zwykle 1

l roztworu DNA. 

Dla zwiększenia objętości i ograniczenia strat przy nakładaniu do próbki dodajemy 4

l buforu 

TC  lub  wody.  Do  tak  przygotowanej  próbki  dodajemy  1

l  6x  stężonego  buforu 

obciążającego. Bufor obciążający służy do zagęszczenia próbki DNA tak by umożliwić jej 
nałożenie  do  studzienki  w  żelu.  Bufor  obciążający  zawiera  jeden  lub  dwa  barwniki  do 
elektroforezy tj. ksylen cyjanol (0,25%) i błękit bromofenolowy (0,25%) oraz 40% sacharozę 
lub  30%  glicerol.  Barwniki  elektroforetyczne  mirują  w  żelu  razem  z  cząsteczkami  DNA. 

background image

Błękit  bromofenolowy  migruje  ok.  2,2  razy  szybciej  niż  ksylen  cyjanol.  Szybkość  migracji 
błękitu  bromofenolowego  odpowiada  szybkości  migracji  liniowej  cząsteczki  dsDNA 
(dwuniciowe  DNA)  o  wielkości  300pz,  podczas  gdy  ksylen  cyjanol  migruje  z  szybkością 
równą fragmentom dsDNA o wielkości 4000pz. 

Po nałożeniu próbek na żel i podłączeniu do zasilacza ustawiamy napięcie na ok. 120-

140V.  Elektroforezę  prowadzimy  do  momentu,  gdy  błękit  bromofenolowy  osiągnie  3/4 
długości  żelu.  Po  odłączeniu  napięcia  żel  przenosimy  do  naczynia  zawierającego  roztwór 
bromku  etydyny.  Bromek  etydyny  jest  silnym  mutagenem,  dlatego  czynności  te  należy 
wykonywać w rękawiczkach

 

Bromek etydyny 

 

Bromek  etydyny  jako  barwnik  akrydynowy  wnika  pomiędzy  nici  DNA  specyficznie 

wybarwiając żel. Po oświetleniu żelu lampą UV 260 nm DNA świeci na czerwono. Również 
niezwiązany z DNA bromek świeci na czerwono. Dla odpłukania niespecyficznie związanego 
z żelem bromku,  żel  zostawiamy  na kilka  godzin  w wodzie destylowanej. Czasami bromek 
etydyny  jest  dodawany  bezpośrednio  do  żelu.  W  czasie  elektroforezy  bromek  wędruje  w 
przeciwnym kierunku niż DNA i jest usuwany z żelu wybarwiając specyficznie DNA.  

 

Elektroforeza w zmiennym polu elektrycznym 
 

W elektroforezie w żelu agarozowym można rozdzielić efektywnie fragmenty DNA o 

wielkości  do  kilkudziesięciu  tysięcy  par  zasad.  Rozdziały  takie  można  uzyskać  w 
niskoprocentowych  żelach  (0,2%-0,35%),  ale  takie  żele  są  bardzo  nietrwałe  i  wymagają 
specjalnej  obróbki.  Rozdział  dużych  fragmentów  rzędu  kilkuset  kpz  uzyskuje  się  przez 
elektroforezę w zmiennym polu elektrycznym. Duże cząsteczki DNA są uwięzione w żelu i 
przy  zmianie  biegunów  pola  elektrycznego  duże  fragmenty  wymagają  dłuższego  czasu  na 
zmianę  orientacji  podczas,  gdy  krótsze  fragmenty  szybciej  zmieniają  orientację  i  szybciej 
migrują. W oryginalnie opisanej metodzie uzyskano rozdziały fragmentów o wielkości 2Mpz 
(mega par zasad), a dalsze usprawnienia metody umożliwiają rozdział 5Mpz DNA.