La tecnica dell'elettroforesi

L'elettroforesi, la migrazione di ioni in un campo elettrico, è largamente usata per la separazione analitica delle molecole biologiche. La legge dell'elettrostatica stabilisce che la forza elettrica, F elettrica, su uno ione di carica q in un campo elettrico di forza E è espressa da:
Felettrica = qE
La risultante migrazione elettroforetica dello ione attraverso una soluzione viene rallentata da una forza frizionale:                                            
Ffrizionale = vf
dove v è la velocità di migrazione dello ione ed f è il suo coefficiente frizionale. Quest'ultimo è una misura del freno che la soluzione esercita sul movimento dello ione e dipende dalle sue dimensioni, dalla sua forma e dal suo stato di solvatazione. In un campo elettrico costante, le forze sullo ione di bilanciano:                                                       
qE = vf
e quindi ogni ione si muove con una velocità costante caratteristica. La mobilità elettroforetica, μ, di uno ione viene definita come:                      
μ = v/E = q/f
Anche la mobilità elettroforetica è caratteristica in ogni ione. In soluzione acquosa, però, i polielettroliti, come le proteine, sono circondati da una nuvola di ioni con carica opposta, che modifica quindi le condizioni dell'ultima equazione che diventa al massimo soltanto un'approssimazione della realtà. Però sempre questa equazione indica che al punto isoelettrico, pI, le molecole hanno una mobilità elettroforetica pari a zero. Inoltre per le proteine e altri polielettroliti che possiedono proprietà acido-basiche, la carica ionica, e quindi la mobilità elettroforetica, è una funzione del pH. L'uso dell'elettroforesi per la separazione delle proteine è stato reso noto nel 1937 dal biochimico svedese Arne Tiselius, che mise a punto l'elettroforesi a fronte mobile. In questa tecnica una soluzione proteica veniva posta in un tubo a forma di U e su entrambe le estremità della soluzione proteica veniva stratificata senza rimescolamenti una soluzione tamponata. Veniva poi applicato un campo elettrico immergendo i suoi elettrodi alle due estremità e facendo passare corrente: le proteine cariche poste nel tubo erano quindi costrette a migrare verso il polo con carica opposta. Per questa tecnica è però necessario un apparato molto ingombrante e quantità di campione molto grandi, per questo l'elettroforesi a fronte mobile è stata soppiantata dall'elettroforesi zonale, una tecnica in cui il campione viene costretto a muoversi in un supporto solido come carta da filtro, cellulosa oppure gel.