瓊脂糖, 源自海藻的凝膠狀物質, 已成為必不可少的工具 分子生物學 世界各地的實驗室. 但是瓊脂糖到底是什麼, 為什麼如此廣泛使用? 我們將探索瓊脂糖的基礎知識, 包括其成分, 關鍵應用程序, 和意義.
什麼是瓊脂糖?
瓊脂糖是一種多醣聚合物，當溶解在開水或緩衝液中時形成多孔凝膠. 凝膠具有可變的孔徑，具體取決於瓊脂糖濃度, 允許按大小分離生物分子.
什麼是瓊脂糖凝膠?
瓊脂糖最常見的應用是作為凝膠電泳的基質, 用於分離帶電分子（例如 脫氧核糖核酸, 核糖核酸, 和蛋白質通過在凝膠上施加電場. 在凝膠中產生的孔像分子篩一樣 – 較小的分子可以輕鬆地通過，並朝著相對充滿電的電極傳播, 而較大的矩陣卻有更大的困難. 這允許按大小進行精確的分離.
如何利用瓊脂糖凝膠濃度和優化?
用於電泳的瓊脂糖凝膠通常是 0.2% 到 3% 瓊脂糖. 可以將濃度優化到分析的片段大小 – 較低的百分比解決較大的碎片和更高的百分比，以更好地分離較小的片段. DNA和RNA分子量標記梯子含有已知碎片大小的梯子與樣品並肩運行，以允許大致測定.
瓊脂糖凝膠的特性是什麼?
瓊脂糖凝膠是光學透明的, 可以輕鬆使用溴化乙錠染色技術可視化分離的生物分子. 他們也可以操縱而不會損壞, 能夠恢復分離的生物分子. 缺乏蛋白質結合和一般惰性為核酸和蛋白質的敏感分析分離和表徵提供了理想的介質.
什麼是瓊脂糖製成的?
瓊脂糖包括重複由半乳糖糖組成的瓊脂糖亞基. 瓊脂糖分子的長鏈通過氫鍵結合，形成螺旋結構，這些結構組裝成超螺旋束, 凝膠設置時創建毛孔. 改變瓊脂糖的濃度會改變孔徑 – 使用較高的百分比會導致較小的毛孔來更好地分開微小分子.
瓊脂糖來自哪裡?
瓊脂糖來自瓊脂, 一種天然存在於某些紅藻的細胞壁上的果凍狀物質，例如明智和gracilaria. 它通過涉及溶劑過濾的一系列步驟從瓊脂中提取和純化, 沉澱, 和離子交換色譜法. 這會產生由瓊脂糖和少量瓊脂蛋白組成的中性多醣分數.
瓊脂糖是如何製成的?
瓊脂糖的商業生產通常是從洗滌和研磨紅色海藻生物量開始, 然後使用熱水或鹼性溶液進行幾個提取步驟. 然後將提取物純化以除去鹽, 蛋白質, 和其他化合物. 控制的水解將純化的瓊脂轉化為瓊脂糖餾分, 這會進一步進行高級純化，從而產生研究或分析等級的瓊脂糖粉末.
什麼是瓊脂糖粉?
瓊脂糖粉由細的顆粒組成，這些顆粒很容易溶解在水溶液中. 它們有不同的電滲透症 (平等就業機會) 成績取決於預期的申請. 低EEO瓊脂糖粉通常用於分離核酸和蛋白質等生物分子. 添加劑通常摻入預製瓊脂糖凝膠中.
哪些因素會影響瓊脂糖凝膠特性?
瓊脂糖凝膠的組成和濃度影響其物理特性，包括孔徑, 凝膠強度, 和分離性能. 瓊脂糖濃度是決定孔徑的主要因素, 而引入甲基或羥基基等取代基會影響凝膠穩定性. 添加劑（例如糖）會影響粘度和電導率. 所有這些相互依存的因素都需要平衡才能達到最佳分辨率.
為什麼瓊脂糖用於電泳?
瓊脂糖凝膠優化生物分子的分離效率，同時易於製備, 載入中, 和處理. 無毒和非貶低培養基保持樣本完整性. 操縱瓊脂糖濃度的靈活性可在分離速度和分辨率之間取得良好的平衡. 與其他矩陣相比，缺乏電流流和缺乏表面吸附的優勢.
從瓊脂糖凝膠中恢復完整的大分子可實現許多下游應用. 無根的純化保護精緻的分子, 而透明度允許簡單的凝膠文檔. 這些有益的特徵解釋了瓊脂糖凝膠電泳的持久使用.
什麼是瓊脂糖用於?
除了無處不在的瓊脂糖凝膠電泳, 瓊脂糖在生物技術和醫療應用中有很多用途:
- 瓊脂糖珠為純化或固定的固體支持矩陣提供 酵素, 抗體, 和其他蛋白質.
- 瓊脂糖水凝膠可以模仿天然組織並允許細胞生長, 使它們在組織工程中有用.
- 多孔瓊脂糖微粒已在藥物輸送系統中使用.
- 瓊脂糖可以根據大小或電荷差異通過各種色譜技術分離蛋白質.
內在的低毒性, 熱穩定性, 瓊脂糖凝膠的溫和處理條件極大地啟用了敏感的分析分離, 表徵, 和操縱重要生物分子. 技術進步繼續揭示了依賴於這種海藻提取物的獨特化學和物理特性的新型應用.
使用瓊脂糖的主要好處是什麼?
以下是在實驗室中使用瓊脂糖的一些好處:
- 生物相容性且本質上無毒, 實現安全的處理和分析精緻的生物分子
- 熱穩定的凝膠簡化製備程序並承受電泳條件而不會失真
- 溫柔, 無梯形環境保留了純化蛋白質和核酸的完整性
- 缺乏電腫瘤有助於均勻的分子遷移，不受凝膠表面效應的影響
- 缺乏蛋白質結合可以使無失真的分離和可視化
- 可調節的孔徑通過調節瓊脂糖濃度可在寬分子量範圍內提供最佳分辨率
- 高凝膠孔隙度和光學透明度輔助直接樣品回收和文檔
- 模製凝膠格式很容易操縱並與分離儀器兼容
- 低電體流量最大程度地減少帶的寬度，以尖銳的分辨率
- 通過化學修飾的官能化性擴大了分離選擇性和檢測靈敏度
- 剪切稀釋和熱可逆性有助於成型各種形式，例如用於新型應用的微粒和水凝膠
結論
從取證中的DNA指紋到精密醫學分析, 瓊脂糖在現代分子生物學和生物技術中已變得無處不在. 多功能多醣培養基使核酸和蛋白質的高分辨率電泳分析能力. 展望未來, 通過允許對生活中復雜性基礎的基本生物分子進行深入研究，可以繼續促進重要的瓊脂糖凝膠系統以及新興的納米結構配置，繼續為關鍵發現加油.
