Electroforesis en gel para niños

La electroforesis en gel es una técnica que usan los científicos para separar moléculas muy pequeñas, como el ADN, el ARN o las proteínas. Imagina que tienes una mezcla de canicas de diferentes tamaños y quieres separarlas. La electroforesis en gel hace algo parecido, pero con moléculas que no podemos ver a simple vista. Esta técnica las separa según su tamaño, forma o carga eléctrica.

Se usa principalmente para analizar estas moléculas, pero también puede servir para purificarlas un poco antes de usar otras técnicas más avanzadas, como la PCR (que ayuda a hacer muchas copias de ADN), la clonación o la secuenciación de ADN (que permite leer el "código" del ADN).

¿Qué significa "electroforesis en gel"?

Esquema de cómo se prepara un gel de electroforesis horizontal. La placa se coloca en una cubeta con una solución especial y se conecta a la electricidad.

El nombre "electroforesis en gel" tiene dos partes importantes:

¿Qué es el "gel"?

La palabra "gel" se refiere a una especie de "malla" o "red" porosa que se usa para separar las moléculas. Piensa en ella como un colador con agujeros muy pequeños. Este gel está hecho de un material especial, como un polímero (una cadena larga de moléculas unidas).

• Cuando se separan proteínas o ácidos nucleicos pequeños (como el ADN o el ARN), el gel se hace con diferentes concentraciones de acrilamida y bis-acrilamida. Esto crea una red de poliacrilamida con poros de distintos tamaños.
• Para separar ácidos nucleicos más grandes (como cadenas largas de ADN), se usa un gel de agarosa purificada.

En ambos casos, el gel es una sustancia sólida pero con muchos poros, como una esponja muy fina. Es importante saber que la acrilamida, a diferencia de la poliacrilamida, debe manejarse con mucho cuidado en el laboratorio.

¿Qué es la "electroforesis"?

La palabra "electroforesis" se refiere a la fuerza electromotriz (electricidad) que se usa para mover las moléculas a través del gel. Cuando se colocan las moléculas en el gel y se aplica electricidad, las moléculas se mueven a diferentes velocidades.

• Las moléculas con carga positiva se mueven hacia el lado negativo (el cátodo).
• Las moléculas con carga negativa se mueven hacia el lado positivo (el ánodo).

Así, las moléculas se separan porque cada una se mueve a su propio ritmo a través de los poros del gel.

¿Para qué se usa la electroforesis en gel?

Separación de ácidos nucleicos

En el caso de los ácidos nucleicos (como el ADN y el ARN), la electricidad los hace moverse desde el lado negativo al positivo. Esto ocurre porque el "esqueleto" de estas moléculas tiene una carga negativa.

• Los fragmentos de ADN de doble cadena (que tienen forma de doble hélice) se mueven más rápido si son más pequeños. Cuanto más grandes, más lento se mueven.
• Los fragmentos de ADN y ARN de una sola cadena pueden doblarse de formas complejas, lo que hace que su movimiento sea más difícil de predecir. Para que solo el tamaño importe, se usan sustancias que los "desdoblan", como el hidróxido de sodio.

Separación de proteínas

Las proteínas no tienen una forma tan predecible como los ácidos nucleicos, por lo que su velocidad de movimiento puede variar mucho. A veces, ni siquiera se mueven si no tienen una carga eléctrica clara.

Para que las proteínas se separen bien por tamaño, se les añade un tipo de detergente llamado SDS (dodecilsulfato sódico) y un agente reductor.

• El SDS le da a la proteína una carga negativa, lo que hace que se mueva por el gel. Además, la cantidad de SDS que se pega a la proteína depende de su tamaño, así que las proteínas más grandes tendrán más carga negativa y se moverán de forma predecible.
• El agente reductor rompe los enlaces que mantienen unidas las partes de la proteína, haciendo que se "desplieguen" y pierdan su forma original.

De esta manera, las proteínas más grandes se mueven más lentamente a través del gel, y las más pequeñas, más rápido.

¿Cómo se prepara el gel?

Concentración de agarosa

La cantidad de agarosa en el gel es muy importante y depende del tamaño de los ácidos nucleicos que se quieren separar. Si la concentración es la correcta, las moléculas se verán mejor.

Generalmente, las concentraciones de agarosa van desde el 0.2% hasta el 6%. Cuanto mayor sea la concentración del gel, más pequeños serán los poros, lo que permite ver mejor los fragmentos de ADN más pequeños.

Tabla 1. Recomendaciones de concentraciones de geles de agarosa para diferentes tamaños de ADN.

Concentración de poliacrilamida

Al igual que con la agarosa, es clave elegir la concentración adecuada de poliacrilamida para las moléculas que se van a analizar. El tamaño de los poros en estos geles se controla con la concentración de acrilamida y bis-acrilamida.

Estos geles pueden tener poros más pequeños que los de agarosa.

Tabla 2. Concentración de gel de poliacrilamida y relación de acrilamida y bis-acrilamida para ADN/ARN sin desdoblar y desdoblado según su número de pares de bases.

Tabla 3. Concentración del gel de poliacrilamida para ver proteínas según su peso molecular.

¿Cómo se aplica la corriente eléctrica?

Para que las moléculas se muevan por el gel, se necesita una fuente de energía que genere electricidad. El voltaje (la "fuerza" de la electricidad) que se aplica depende del tipo de gel y de las muestras.

• Los geles de acrilamida pueden soportar más corriente que los de agarosa.
• Si el voltaje es demasiado alto, las "bandas" (las líneas de moléculas separadas) pueden verse borrosas o el gel podría derretirse.
• Si el voltaje es muy bajo, las moléculas más pequeñas no se moverán bien y no se verán claramente.

Por lo general, se recomiendan voltajes de 25 a 100 V para geles de agarosa. Para geles de poliacrilamida, el voltaje se calcula multiplicando la longitud del gel por un valor entre 8 y 15 V.

¿Cómo se ven los resultados?

Cubeta para análisis de geles por electroforesis.

Una vez que la electroforesis termina, las moléculas más pequeñas han llegado al lado positivo del gel. Para poder verlas, se les añade un colorante especial.

• Para los ácidos nucleicos, se usa un compuesto como el bromuro de etidio.
• Para las proteínas, se pueden usar tintes como el azul de Coomassie o la tinción de plata, o tintes fluorescentes.

Si el colorante brilla bajo luz UV, se puede tomar una foto del gel. También, si las moléculas tienen átomos radiactivos, se puede usar una técnica llamada autorradiografía.

Cuando se analizan varias muestras a la vez, se forman "carriles" paralelos en el gel. Cada carril muestra diferentes "bandas", que son las moléculas separadas. Si dos moléculas tienen el mismo tamaño, sus bandas se superpondrán.

Las bandas que están a la misma altura en diferentes carriles contienen moléculas que se movieron a la misma velocidad. Para saber el tamaño de las moléculas en una muestra desconocida, se usa un "marcador". Este marcador es una mezcla de moléculas de tamaños ya conocidos. Al comparar las bandas de la muestra desconocida con las del marcador, se puede estimar el tamaño de las moléculas de interés.

Esto se hace creando una gráfica donde se compara la distancia que se movió cada banda del marcador con su tamaño. Luego, se mide la distancia que se movió la molécula desconocida y se usa la gráfica para calcular su tamaño.

Tipos de electroforesis en gel

La electroforesis en gel se usa en muchas áreas de la ciencia, como la biología molecular, la genética y la bioquímica. Algunos tipos comunes son:

• Electroforesis en gel de agarosa para ADN y ARN grandes.
• Electroforesis de proteínas, como la SDS-PAGE o el isoelectroenfoque.
• Electroforesis capilar.
• Electroforesis de ADN.
• Zimografía (para estudiar enzimas).
• Electroforesis en gel de campo pulsado.

Galería de imágenes

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  Gel de electroforesis.

Véase también

En inglés: Gel electrophoresis Facts for Kids