Главная/Библиотека/Гель-электрофорез

Гель-электрофорез: рассортировать ДНК по размеру

Биотех-методы начинаются с простого вопроса: как разделить и вообще увидеть ДНК, если она микроскопическая. Гель-электрофорез сортирует фрагменты по длине и работает не только с ДНК, но и с РНК и белками. С него начнём модуль.

Биотех-методы · урок 1 агароза · заряд · лестница ⏱ ~13 мин
Задача

ДНК не потрогать руками

Даже крупный фрагмент в 5000 пар, если его вытянуть, будет длиной всего 1–2 микрометра. Это тысячные доли миллиметра. Взять пинцетом и посчитать не выйдет, поэтому нужен способ рассортировать смесь фрагментов по длине, ничего не трогая напрямую.

Устройство

Гель, буфер и электрический ток

Установка простая. Пластина агарозного геля (из водорослей) лежит в буферном растворе. С одного края — лунки, куда капают образцы, по краям — электроды.

Гель
Агароза застывает сеткой-ситом с мелкими ячейками.
Буфер
Вода с солью держит стабильный pH, чтобы ток не испортил ДНК.
Ток
Со стороны лунок ставят «минус», с другого края — «плюс». ДНК заряжена отрицательно (фосфатный остов), поэтому ползёт к «плюсу».
Почему сортирует

Маленькие уходят дальше

Казалось бы, у длинного фрагмента больше заряда, значит и тянуть его будет сильнее. Но у длинного и масса больше, так что заряд на массу одинаков при любой длине. Решает размер. Гель — это сито, и короткие фрагменты проскакивают сквозь ячейки легче, поэтому уходят дальше.

— лунки (старт, «минус») —
████ 5000 пар ← застряли ближе
████ 1500 пар
████ 500 пар ← ушли дальше
— «плюс» —

Рядом обычно запускают ДНК-лестницу — набор фрагментов известной длины. По ней калибруют гель: смотрят, между какими ступеньками остановилась исследуемая полоса, и оценивают её размер.

Как увидеть

Подсветить краской

Саму ДНК глазом не разглядеть, поэтому её метят красителем. Классика — бромистый этидий. Он встраивается между ступеньками двойной спирали (интеркалятор) и начинает светиться под ультрафиолетом.

Полоса — это множество

Светящаяся полоса на геле — не одна молекула ДНК, а миллионы одинаковых молекул одного размера, доехавших до одной точки. Поодиночке их не увидеть, а вместе они дают яркий сигнал.

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Большие фрагменты уходят дальше — у них больше заряда»
Заряд на массу одинаков. Решает размер: мелкие проходят сито дальше.
✗ «Полоса на геле — это одна молекула ДНК»
Это миллионы одинаковых молекул одного размера.
✗ «ДНК тянется к минусу»
К плюсу: её фосфатный остов заряжен отрицательно.
✗ «Гель годится только для ДНК»
Ещё и для РНК, и для белков.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Два фрагмента: 500 и 5000 пар. Какой уйдёт дальше по гелю и почему?
Куда вообще движется ДНК?
К «плюсу»: она заряжена отрицательно.
Причём тут заряд?
Заряд на массу у обоих одинаков, поэтому дело не в заряде, а в размере.
Кто дальше?
Гель работает как сито: 500 пар мельче → проскочит дальше, 5000 застрянет ближе к старту.
Вывод. Чем короче фрагмент, тем дальше он уходит. По расстоянию судят о длине, сверяясь с лестницей.
Показать следующий шаг →
Почему полоса на геле светится, хотя одну молекулу ДНК не видно?
Что делают с ДНК?
Метят красителем — например бромистым этидием.
Как он проявляется?
Встраивается между парами оснований и светится под ультрафиолетом.
Откуда яркость?
В одной полосе миллионы молекул одного размера — вместе они дают сильный сигнал.
Вывод. То, что «видно», — это множество молекул, а не единичная нить.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Прочитай гель

Криминалист сравнивает ДНК с места происшествия и образец подозреваемого. На геле у обоих полосы встали на одной высоте, набор совпал.

Что означает совпадение полос по высоте?
Что задаёт высоту полосы?
Гель сортирует по размеру, значит одинаковая высота — одинаковый размер фрагментов.
Что значит совпадение набора?
У обоих образцов фрагменты одной длины на всех дорожках.
Какой вывод?
Профили совпадают — весомый довод в пользу одного источника (с оговоркой на число проверенных маркеров).
Вывод. Так гель-электрофорез работает в судебной генетике и в диагностике.
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

Разделять научились

Дальше — как размножить нужный фрагмент до миллионов копий

В библиотеку →