كلية الزراعة

تاريخ التسجيل : 03/09/2011

الرحلان الكهربائي:
تعني
تحرك الجزيئات إذا وضعت في مجال كهربائي ،نحو القطب الموجب أو القطب السالب حسب
الشحنة التي يحملها الجزيء وهذا يعني أنه لكي تتم حركة الجزيء فلا بد أن يحمل شحنة
كهربائية أو يستطيع استقبال شحنة كهربائية مثل البروتينات والحموض الأمينية
والحموض النووية وعديدات الببتيد..... .وبعض
الجزيئات التي لا تحمل شحنة فيمكن اتحادها مع أيون له شحنة.
مثال
على هذه الجزيئات المواد الكربوهيدراتية .

*العوامل المؤثرة على حركة الجزيئات في المجال الكهربائي :
1) كمية
الشحنة الكهربائية الموجودة على سطح الجزيء .
حيث
أن لكل جزيء نقطة تعادل كهربائي تختلف باختلاف الجزيء وبالتالي الجزيء الذي يحمل
شحنة أكبر يصل الى القطب الكهرباءي أسرع.
2) درجة
(PH)المحلول
الدارىء .
إن
لجزيء البروتين مثلا شوارد (NH-COO) ولكل
بروتين (PH) معين تكون الجزيء البروتيني موجب وتتجه
نحو المهبط
3) التركيز
الأيوني للمحلول الدارىء .
لقد
وجد أن زيادة التركيز تقلل من تأين الجزيئات وبالتالي تقلل حركتها وتسبب في رفع
درجة الحرارة وتقلل من حدة العصابلت .المجال الأحسن لتركيز المحلول الدارىءيقع بين
(0.025-0.1)عياري .
4) التناضح
الداخلي الكهربائي (الإصطدامات
الحاصلة بين الجزيئات الحاملة للشحنة الكهربائية ).

5) القوة
الدافعة الكهربائية بين القطبين .
إن
حركة الجزيئات تتناسب طردا مع شدة التيار والقوة الدافعة الكهربائية وعكسا مع
المقاومة .
6) قوة
الإمتزاز مع الوسط الذي يجري عليه الرحلان.
له
تأثير على سرعة تحرك الجزيئات .

العناصر الرئيسية لجهاز الرحلان
الكهربائي.
1- مصدر التيار المتناوب:
يتم
استخدام جهاز يقوم بتحويل التيار المتناوب الى تيار مباشر 0( مستمر ) ويمكن التحكم
في شدة لفولط حيث يستعمل المجال المنخفض (100-500)فولط في فصل الجزيئات الكبيرة
مثل البروتينات أما المجال المرتفع من الفولط
(500-10000)فيستخدم غالبا في فصل الجزيئات الصغيرة
مل الحموض الأمينية .
إن
المسافة التي تنفصل فيها الجزيئات على وسط الرحلان تعتمد على شدة الفلط وزمن
الرحلان أي كلما زاد ة الشدة قل الزمن المستخدم والعكس صحيح
.
ملاحظة
:مع مرور التيار الكهربائي في وسط الرحلان تتولد حرارة تتناسب مع شدة الفولط وينتج
عنها مشكلتان :
1-حدوث
تبخر للمحلول الدارىء ولذلك يغطى حوض الرحلان بشكل تام حتىيمنع البخر.
2-إن
الحرارة تغير من سرعة حركة الجزئيات لذلك فقد صمم في بعض أجهزة الرحلان الية تبريد
.

2-حوض الرحلان:
هنالك
انواع عديدة وأكثرها استعمالا هو الحوض الذي يجري فيه الرحلان أفقيا ويتكون الحوض
من جوبتين على الجانبين وكل واحدة منهما تحتوي على سلك بلاتيني يمثل أحد الأقطاب
ويوضع المحلول الدارىء فيهما حيث يفصلان بقنطرة يوضع عليها وسط الرحلان والذي يوصل
كهرباءيا بين الجبتين .

3- مواد الرحلان:
أ-المحلول
الدارىء :
هووسط
يعمل على نقل التيار لكهربائي ،كما يؤمن (PH) معينا
وبالتالي تأخذ الجزيئات شكلها الأيوني أي موجبة أو سالبة حسب نقطة التعادل
(IEP)لكل
منها .كما أن للمحلول الدارىء فائدة في الإبقاء على ثبات (PH)وسط
الرحلان رغم مرور التيار الكهربائيوما يحدثه في الماء منتأين وبقاء
(PH)ثلبتا
مهم جدا حتى تظل شحنات الجزيئات المراد فصلها ثابتا .

ب-الوسط
المستعمل لفصل الجزيئات .

1- ورق
الترشيح
2- أسيتون
السليولوز
3- هلامة
الأغاروز
4- هلامة
النشاء
5- هلامة
عديد الأكريلاميد.

ج-طرق
التعرف وإظهار المواد المنفصلة:
1-إستعمال
المواد الصبغية :
هذه
هي أسهل الطرق المستعملة للتعرف على الأجزاء المنفصلة بالرحلان وكذلك تقدير كميتها
حيث تصبغ البروتينات بأحد الصبغات فتظهر العصابات الممثلة للبروتينات باللون
الأحمر وتكون كثافة هذه الخطوط ممثلة لكمية كل بروتين ثم توضع الصفيحة في محلول
خاص يجعلها شفافة وتوضع في مكثاف متري ليرسم خطا بيانيا ومنه تقدر كمية كل بروتين
انفصل في هذا الرحلان
2- استعمال
الإمتصاص الضوئي :
مبدؤها
أن كثيرا من المركبات البيولوجية يمتص الضوء عند طول موجة معينة فالبروتينات
والحموض الأمينية تمتص الضوء في المجال الفوق بنفسجي ولا تجرى هذه الطريقة إلا في
وسط عديد الأكريلاميد حيث أن هذا الوسط لايمتص الضوء بكميات كبيرة في المجال فوق
بنفسجي ويمكن استخدام هذه الوسيلة في التعرف وتقدير الأضداد والمستضدات والمعقدات
بينهما.
3- استعمال
المواد المشعة :
يمكن
وسم لمواد المراد فصلها بنظير مشع وبعد فصل المركبات عن بعضها يمكن التعرف وتقدير
كمية كل جزء منالأجزاء المحتوية على المادة المشعة إما بواسطة عدادة أشعة غاما
التي يتم وصلها بمسجلة ترسم خطا بيمنيا يمثل مقادير كل منطقة وإما بفصل المناطق
المشعة وشطف كل منطقة في مذيب مناسب ثم قراءة كمية المادة المشعة الموجودة في كل
منطقة.
4-استعمال
التفاعلات الأنظيمية :
تستخدم
لفصل وتقدير نظائر الأنظينات بواسطة الرحلان وتعتمدعلى أن الإنظيم بعد إجراء
الرحلان وفصل نظائره يجري على الصفيحة التي تم عليها الفصل تفاعلا كيميائيا يقوم
به الإنظيم وينتج من تفاعل عند كل منطقة يوجد بها النظير مادة يمكن قياسها كمية
المادة الخارجة من التفاعل تتناسب طردا مع كمية النظير الإنظيمي.
5-استعمال
التفاعلات المناعية :
إن
البروتون اذي ينفصل بالرحلان يمكن مشاهدته وتقدير كميته إذا أضيف الى الوسط
التفاعل أضداد خاصة بالبروتينات تتحد هذه الأضداد مع مستضداتها مكونة راسبا مناعيا
من الضد و المستضد

4- وسائل لتقدير كمية الجزيئات المفصولة:
هذه
الطرق تعتمد على نوعية الجزيئات وكذلك تعتمد على طريقة التعرف ومنها
:
1- إذابة
كل منطقة و إجراء التقدير الكمي عليها :
تعتمد
على تجزئة وسط الرحلان الى أجزاء كل واحد يحتوي على عصابة تمثل نوعا من الجزيئات
المنفصلة
وقد
قل استعمال هذه الطريقة لطول الوقت المستخدم وعدم دقة النتائج
.

2- استعمال
المكثاف المتري :
هي
عبارة عن مقياس ضوئي ويعتمد إما على نظرية امتصاص الضوء أو انعكاس الضوء
.

أولا. أجهزة قياس امتصاص الضوء :
يوضع
الوسط الذي أجري عليه الرحلان الكهربائي ويشرط أن يكون هذا الوسط شفافامثل أسيتات
السلولوزبعد معاملتها بإحدى المحاليل التي تجعلها شفافة وبعد صباغة المواة
المنفصلة وظهورها على هيئة عصابات (BANDS)كل
منها يختلف في كثافة لونه حسب تركيزه فإذا وضعت هذه الشريحة على حامل متحرك فوق
مصدر ضوئي أحادي اللون يمر الضوء خلال العصابات الى خلية ضوئية وموصولة مع مسجلة
لترسم خطا بيانينا يمثل النسب للجزيئات المفصولة .

ثانيا . أجهزة قياس إنعكاس الضوء:
مشابه
لأجهزة قياس إمتصاص الضوء ولكن هنا الوسط الرحلاني غير شفاف ويعتمد على مبدأ انكاس
الضوء من على جزيئات المادة المنفصلة .

أنواع مختلفة من الرحلان:
1-الرحلان
الكهربائي باستخدام الفولط العالي .
2- الرحلان
الكهربائي القرصي.
3- الرحلان
الكهربائي التحضيري .
4- الرحلان
الكهربائي المناعي .
5- الرحلان
الكهربائي المناعي بشكل الصاروخ .
6- الرحلان
الكهربائي البؤري عند نقطة التساوي الكهربائي .

الطريقة

يتم
فصل بروتينات عينة من الأنسجة أو الخلايا باستخدام الرحلان الكهربي. فصل
البروتينات قد يكون باستخدام نُقْطَةُ تَساوِي الكَهْرَبِية Isoelectric point (pI)، الوزن الجزيئي، الشحنة الكهربائية، أو مجموعة من هذه العوامل.
طبيعة الفصل تعتمد على طريقة معالجة العينة وطبيعة الهلام.

إلى
حد الآن، الطريقة الأكثر شيوعاً للفصل الكهربائي للهلام توظف هلامات
متعددالأكريلامايد polyacrylamide ومحاليل تحتوي
على كبريتات دوديكل الصوديوم Sodium Dodecyl Sulfate (SDS).

SDS-PAGE أي (الفصل
الكهربائي لهلام كبريتات دوديكل الصوديوم متعددالأكريلامايد SDS-Polyacrylamide Gel Electrophoresis) تحافظ
على سلسلة البروتيات في حالة متمسخة denatured state حالماً
تتم معالجتها مع عوامل اختزال قوية للقضاء على الأشكال الثانوية والثالثية. (مثل
تحويل الروابط ثنائية الكبريت S-S
إلى SH و SH) وبذلك
يسمح لفصل البروتينات حسب وزنها الجزيئي. يتم تغطية البروتينات في العينة بكبريتات
دوديكل الصوديوم السالبة الشحنة ونقلها إلى القطب الكهربائي الموجب الشحنة خلال
شبكة الأكريلامايد في الهلام. البروتينات الصغيرة تهاجر أسرع خلال هذه الشبكة
وبذلك يتم فصل البروتينات حسب الحجم (عادة ما يتم قياسها بالكيلودالتون، kD، kiloDaltons). تركيز
الأكريلامايد يحدد دقة الهلام - كلما زاد تركيز الأكريلامايد كلما زادت دقة
البروتينات ذات الأوزان الجزيئية العالية. البروتينات
تهاجر ببعد واحد خلال الهلام لأغلب البقع.

الهلام
ويلاحظ فيه الدرج بصورة حزم زرقاء اللون بسبب الصبغة الزرقاء كوماسي بلو Coomassie Blue

يتم
تحميل العينات في آبار في الهلام. يتم حفظ إحدي الأسطر للـ مدروج أو
العلامات، وهما خليط متوفر تجارياً من عدة بروتينات معروفة الوزن الجزيئي،
عادة ما تكون مصبوغة لكي تُظهر حزم ملونة مرئية. أحد الأمثلة على الدرج، هو درج
الأوزان الجزيئية الكامل المدى لشركة GE (كما
في الشكل). عندما يتم تطبيق فرق الجهد على الهلام، تهاجر البروتينات ضمنه بسرع
مختلفة. هذه المعدلات الزمنية المختلفة للتقدم (حركات
الفصل الكهربائي المختلفة) تُفصل إلى حُزم ضم كل
سطر.

من
الممكن أيضاً استخدام الفصل
الكهربائي ثنائي الأبعاد الذي
يفصل البروتينات من عينة واحدة في بُعدين. البروتينات تفصل بحسب النقطة متوازنة
الكهربة (تركيز أيونات الهيدروجين pH الذي
تكون فيه الشحنة متعادلة) في البعد الأول، وبحسب الوزن الجزيئي في البعد الثاني.

الهجرة
الكهربائية أو الرحلان الكهربائي هو حركة الجسيمات
المتشتتة بالنسبة لمائع تحت
تأثير مجال كهربائي منتظم
مكانياً.^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]^[6] لوحظت هذه
الظاهرة الكهروحركية لأول مرة عام 1807 بواسطة روس(جامعة موسكو)،^[7] الذي
لاحظ أن تطبيق جهد كهربائي ثابت
كان ينتج عنه هجرة جسيمات الصلصال المبعثرة
في الماء. سبب
ذلك يعود بشكل رئيسي إلى وجود واجهة مشحونة بين سطح الجسيم والمائع المحيط به.

نظرية العمل

تظهر هذه
الصورة فنياً يستعمل جهاز الرحلان الكهربائي لفصل البروتينات بواسطة الوزن الجزيئي.

تمتلك الجسيمات
المبعثرة شحنة كهربائية سطحية (على سطحها)، بحيث يبذل المجال
الكهربائي المسلط قوى شحنية كهروستاتيكية. وفقاً لنظرية الطبقة الثنائية، فإن جميع
الشحنات السطحية في الموائع يتم تحجب بواسطة طبقة ثنائية من الشوارد، والتي لها نفس القيمة ولكن بإشارة مخالفة
لتلك الموجودة على السطح. يبذل فإن المجال الكهربائي قوة على الشحنات في الطبقة
الثنائية التي لها اتجاه معاكس لتلك المطبقة على الشحنة السطحية. هذه
القوة ليس مطبقة فعلاً على الجسيم وإنما على الأيونات أو الشوارد في طبقة التشتت (الطبقة
الثنائية) الواقعة على مسافة ما من سطح الجسيم، وجزء منها ينتقل في طريقه إلى سطح
الجسيم عبر إجهاد لزج. يسمى هذا النوع من القوة بقوة إعاقة الهجرة
الكهربائية.

إذا اعتبرنا أن
هناك احتكاك هيدروديناميكي على الجسيمات المتحركة بسبب لزوجة المشتت، فإنه وفي حالة رقم رينولد صغير وشدة
مجال كهربائي متوسطة E، تكون سرعة الجسيم المتشتت v ببساطة متناسبة
مع المجال المطبق، بالتالي معرفة الانتقالية الرحلانية μ_e بالعلاقة:

تطبيقات

تستخدم تقنية الرحلان الكهربي لفصل المادة الوراثية (دي ان اية) أو
الريبي (الرنا) أو لفصل البروتينات عن طريق تطبيق مجال كهربي في وسط هلامي، ويتم
غالبا فصل المادة الوراثية بعد مضاعفتها ونتيجة وجود مجمل شحنة سالبة علي المادة
الوراثية ترحل من القطب السالب الي القطب الموجب.

عملية الفصل

يتم استخدام
هلام بولي أكريلو أميد في عملية الفصل، ويتم اختيار تركيب ومثامية البوليمر طبقا
لوزن وتركيب الهدف المطلوب تحليلة

الرحلان
الكهربائي Electrophoresis
الرحلان الكهربائي هو طريقة تحليلية
حيوية bioanalytical هامة في البحوث
وطرق التحري لفصل وتحديد هوية الجزيئات الحيوية ذات الوزن الجزيئي الكبير Macromolecules.

والرحلان يرتكز على حركية جزيئات عضوية
متشردة بتأثير حقل كهربائي، أي انتقال هذه الجزيئات بسرعة معينة، وبذلك يمكن فصل
مكونات مزيج متشردة حسب اختلاف سرعة انتقالها.

فهذه الحركية هي خاصة أساسية للجزيئات
العضوية وهي متعلقة بمقدار شحنتها، ووزنها الجزيئي، وشكل هذه الجزيئات، وبذلك يمكن
فصل معظم المتماثرات الحيوية كالبروتينات والحموض النووية.

يتم هذا الرحلان عبر وسط متخلل يكون
هذا الوسط بين قطبين، أحدهما المصعد Anode
ذو الشحنة الموجبة والآخر هو المهبط Cathode ذو
الشحنة السالبة كما هو مبين في الشكل 1

الرحلان الكهربائي Clip_image007

يرتكز
الوسط المتخلل في تكوينه على سائل يكون محلول موقى Buffer غالباً
(السائل
المتحلل كهربائياً)، ويحمل على مادة صلبة خاملة كالورق أو الجيل، حيث يسمح السائل
بحركة الشوارد، أما المادة الصلبة فتشكل عائقاً لهذه الحركة.

قوة الحقل الكهربائي E تحدد
سرعة الهجرة للمواد على الحامل وتساوي إلى:

E=(applied voltage)/(length of support medium)

ووحدته هي V/cm، حيث لا نعتمد على الكمون وحده دون اعتبار طول الوسط الحامل بين
القطبين..

دراسة نظرية

نعتبر q شحنة
الجسيم (الجزيء المراد فصله)، وحسب قوانين الفيزياء فإن القوة الكهربائية المطبقة
على جسيم مساوية لقوة معاكسة ناتجة عن الاحتكاك:

qE = fv

حيث f عامل
الاحتكاك وv سرعة
الجسيم وfv هي
قوة الاحتكاك (اللزوجة) المطبقة على الجسيم، في الفراغ فإن عامل الاحتكاك يساوي
الصفر والسرعة تسعى إلى اللانهاية،أما وسط الرحلان عامل الاحتكاك كبير ويتمتع
بسرعة محددة بشحنة الجسيم المهاجر.
حركية الرحلان (حركة الجزيئة) the
electrophoretic mobility، μ، هي وحدة السرعة
في وحدة قوة الحقل الكهربائي:

μ=v/E=q/f

تميز هذه الحركية الجزيئة macromolecule المفصولة،
وهي تتعلق بالوزن الجزيئي وبشكل الجزيئة حيث أن f=6πηr وتصبح
العلاقة:

μ=q/6 πηr

نلاحظ تأثير نصف قطر الجزيئة (شكل
الجزيئة) على حركيتها سلباً، أما η فهي
لزوجة المحلول الموقى (السائل المتحلل كهربائياً).
تسمح العلاقة μ=v/E بحساب
حركة الجزيئة تجريبياً وذلك بعد معرفة الحقل الكهربائي والزمن وقياس المسافة التي
قطعته البقعةأوالجزيئة.
كما تسمح العلاقة μ=q/6 πηr بحساب حركة
الجزيئة بشكل نظري بعد معرفة شحنتها ونصف قطرها ولزوجة السائل المتحلل كهربائياً.

تاريخ التسجيل : 02/05/2011

تاريخ التسجيل : 03/09/2011

كلية الزراعة

قسم صناعات الأغذية

الرحلان الكهربائي

الرحلان الكهربائي

نبذه تعريفيه

روابط اعلانية

روابط اعلانية

روابط اعلانية

روابط اعلانية