يُعد الفصل الكهربائي للهلام باستخدام دوديسيل كبريتات الصوديوم (SDS-PAGE) تقنية يستخدمها العديد من الباحثين لفصل مخاليط البروتينات بناءً على حجمها. ويشكل الإتمام الناجح لهذه التقنية خطوة أولى أساسية للعديد من طرق تحليل البروتين، مثل اللطخة المناعية (immunoblotting). كما تُعتبر هذه التقنية بحد ذاتها أداة مفيدة في تقدير حجم البروتين ودرجة نقاوته.
من أجل فهم تقنية SDS-PAGE، يجب أولاً فهم مكوناتها الأساسية. يشير مصطلح SDS-PAGE إلى الفصل الكهربائي للهلام متعدد الأكريلاميد باستخدام كبريتات دوديسيل الصوديوم. كبريتات دوديسيل الصوديوم، وهي الجزء الأول من هذه التقنية، أو "SDS"، عبارة عن منظف أنيوني، وهذا يعني أنها تتكون من مجموعة محبة للماء ذات شحنة سالبة كلية وسلسلة طويلة كارهة للماء ذات شحنة متعادلة.
تغلف السلسلة الكارهة للماء البروتينات بما يتناسب مع كتلتها وبمعدل 1.4 جرام من SDS لكل جرام من البروتين. ويوفر هذا للبروتينات القوة الدافعة اللازمة للفصل المعتمد على الحجم في مجال كهربائي.
يعتمد الفصل الكهربائي للهلام متعدد الأكريلاميد على هيدروجيل مصنوع من البولي أكريلاميد. البولي أكريلاميد هو بوليمر يشكل مصفوفة منتظمة للغاية يمكن للبروتينات التحرك من خلالها. وكلما زاد تركيز الهلام، تباطأت حركة البروتينات عبره عند تعرضها لمجال كهربائي. وتعرف عملية استخدام مجال كهربائي موحد مكانياً للتأثير على حركة الأجسام باسم الفصل الكهربائي.
يتم إجراء الفصل الكهربائي للهلام باستخدام SDS-PAGE على البروتينات المعزولة من مصادر متنوعة، بما في ذلك الخلايا المستزرعة، والأنسجة، والدم، والبول، والخميرة.
يجب أولاً فصل البروتينات من هذه المصادر المختلفة عن المكونات الخلوية الأخرى باستخدام تقنيات تشمل التجانس والطرد المركزي، وغالبًا ما يتبع ذلك استخدام محاليل التحلل (lysis buffers).
بمجرد عزل البروتين، غالبًا ما يتم قياس تركيزه لضمان تحميل كميات متساوية من العينات، وذلك بمقارنة كمية البروتين في العينة بمعايير الألبومين باستخدام مقايسة حمض البيسينكونينيك (BCA) اللونية.
من الخطوات الهامة التي يجب تذكرها هي إضافة محلول التحميل (loading buffer)، والذي يؤدي ثلاث وظائف رئيسية؛ أولاً، يعمل على تغيير الطبيعة البروتينية (denatures) بفضل SDS وعوامل مختزلة إضافية، وهو ما يعني تحويل البنى البروتينية المعقدة إلى سلسلة خطية من الأحماض الأمينية. ثانياً، يحتوي على الجلسرين الذي يضمن عدم طفو العينة عند تحميلها في آبار الهلام. وأخيراً، تتضمن معظم محاليل التحميل التجارية صبغة، مثل بروموفينول الأزرق، والتي يمكن تتبعها لقياس تقدم خطوة الفصل الكهربائي.
بعد إضافة محلول التحميل، يجب خلط العينات ثم غليها لمدة 5 دقائق؛ وهذا يسمح بكسر روابط ثنائي الكبريتيد القوية في البروتينات بمساعدة عامل مختزل مثل beta-mercaptoethanol. وبمجرد كسر جميع روابط ثنائي الكبريتيد، يستطيع SDS تغليف البروتينات بشكل أكثر تجانساً.
بعد ذلك، يتم تدوير العينات سريعاً باستخدام جهاز الطرد المركزي لتجميع السائل في الأسفل، وتصبح جاهزة للتحميل في نظام الهلام لإجراء الفصل الكهربائي.
قبل تحميل العينات، يجب أولاً تجميع نظام الهلام (gel). يبدأ ذلك بشراء أو تصنيع هلام بولي أكريلاميد. تزداد شعبية الهلامات الجاهزة بشكل متزايد لأن الأكريلاميد مادة سامة للأعصاب ويمكن أن تسبب تلفاً في الدماغ. تحتوي كاسيت الهلام على آبار تُستخدم لتحميل العينات.
بمجرد تثبيت الهلامات في مكانها، يتم ملء الغرفتين الداخلية والخارجية بمحلول منظم (buffer) يحتوي على نفس تركيز الأيونات المستخدم في صنع الهلامات. يؤدي ذلك إلى إنشاء دائرة كهربائية تمر بسلاسة من الكاثود، عبر الهلام، وصولاً إلى الأنود.
بعد ذلك، يتم عادةً تحميل سلالم الوزن الجزيئي (molecular weight ladders) في الهلام، تليها العينات. ومع تشغيل الهلام، سيتمدد السلم ويُشكل حزم بروتينية مرئية ذات أحجام معروفة. وفي الخطوات النهائية، يمكن استخدام هذه الحزم لحساب حجم كل بروتين.
بمجرد تحميل جميع العينات، يتم توصيل الأقطاب الموجبة والسالبة في صندوق الهلام بمصدر طاقة قادر على الحفاظ على جهد ثابت لفترة زمنية طويلة. عادةً ما يتم تشغيل الهلامات عند حوالي 60V حتى تدخل العينة بأكملها في منطقة الهلام التي تسمى "هلام التجميع" (stacking gel). بعد ذلك، يتم رفع الجهد إلى حوالي 200V لمدة تتراوح من 30 دقيقة إلى ساعة واحدة، وذلك اعتماداً على حجم وتركيز الهلام وحجم البروتين المستهدف.
عند اكتمال عملية الفصل الكهربائي، يتم إخراج الكاسيت وفتحه للكشف عن الهلام (الجل). يمكن بعد ذلك صبغ الهلام بصبغة بروتينية نموذجية، مثل Coomassie blue أو صبغة الفضة، لتصور حزم البروتين داخل الهلام. يمكن لصبغة Coomassie اكتشاف الحزم التي تحتوي على كمية ضئيلة تصل إلى 50 nanograms من البروتين، بينما يمكن لصبغة الفضة اكتشاف الحزم التي تحتوي على كمية ضئيلة تصل إلى 1 nanogram من البروتين.
في الفصل الكهربائي للهلام ثنائي الأبعاد، تُفصل العينات بناءً على خاصيتين منفصلتين على الهلام، بُعد واحد في كل مرة. أولاً، يتم تحميل العينات وترتيبها وفقاً لنقاط تساوي الكهربائية الخاصة بها على شرائط تدرج pH موضعية. ثم يتم مسخ البروتينات الموجودة في الشريط ووضعها فوق هلام بولياكريلاميد نموذجي حيث يتم تثبيتها في مكانها باستخدام محلول هلام طازج. بعد ذلك، يتم إجراء فصل البعد الثاني بواسطة SDS-PAGE.
على الرغم من أن التركيز المتساوي الكهربائية ليس الخيار الوحيد للفصل الكهربائي للهلام ثنائي الأبعاد، إلا أنه الأكثر شيوعاً. ويعد الفصل الكهربائي للهلام ثنائي الأبعاد أداة لا تقدر بثمن توفر رؤى حول مجمعات البروتين وتنظيم العضيات الفرعية.
بعد تشغيل الهلام، تتمثل الخطوة التالية الشائعة جداً في نقل البروتينات من الهلام إلى غشاء مصنوع من PVDF أو النايلون للتحليل. يمكنك بعد ذلك استخدام أجسام مضادة محددة لفحص الغشاء والبحث عن البروتينات المستهدفة. تظهر هنا نتائج نموذجية لطبعة مناعية (immunoblot) حيث استخدم الباحث 3 تقنيات مختلفة لتضخيم الإشارة لتحديد أي منها يظهر بشكل أفضل وجود بروتين Pit-1 عبر عدد من التخفيفات المتسلسلة.
لقد شاهدتم للتو فيديو JoVE حول فصل البروتينات باستخدام تقنية SDS-PAGE. ينبغي أن تكونوا الآن على دراية بالخطوات المتبعة لفصل البروتين حسب الحجم باستخدام هذه التقنية القوية. وكما هو الحال دائماً، شكراً لكم على المشاهدة!
يُعد الفصل الكهربائي للهلام باستخدام كبريتات دوديسيل الصوديوم وبولي أكريلاميد، أو SDS-PAGE، تقنية واسعة الاستخدام لفصل مخاليط البروتينات بناءً على حجم…
الفصول في هذا الفيديو
0:00
Overview
0:29
Principal Components of the SDS-PAGE System
1:55
SDS-PAGE Sample Preparation
3:40
Loading and Running the Gel
5:18
Applications
7:07
Summary
حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.