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分子分離と化学分析のための電気泳動の歴史は、1931年のアルネ・ティセリウスの研究から始まりましたが、21世紀においても電気泳動に基づく新しい分離プロセスと化学種分析技術の開発が続いています。[1]ティセリウスは、ロックフェラー財団 の支援を受けて、移動境界電気泳動用の「ティセリウス装置」を開発し、1937年に有名な論文「コロイド混合物の電気泳動分析のための新しい装置」で説明されました。[2] この方法は、ろ紙やゲルを支持媒体として使用する効果的なゾーン電気泳動法が1940年代と1950年代に出現するまで、ゆっくりと普及しました。1960年代までには、ますます洗練されたゲル電気泳動法によって、微細な物理的および化学的差異に基づいて生物学的分子を分離できるようになり、分子生物学の台頭を後押ししました。ゲル電気泳動法と関連技術は、タンパク質フィンガープリンティング、サザンブロット、その他のブロッティング法、DNAシークエンシングなど、幅広い生化学的手法の基礎となった。[3]
ティセリウス以前
電気泳動の基本原理に関する研究は、18世紀後半に提唱されたファラデーの電気分解の法則やその他の初期の電気化学に基づいて、19世紀初頭にまで遡ります。電気運動現象は、1807年にモスクワ大学のロシア人教授ピョートル・イワノビッチ・ストラホフとフェルディナント・フレデリック・ロイスによって初めて観察されました[4]。彼らは、一定の電界をかけると、水中に分散した粘土粒子が移動することに気づきました。
ヨハン・ヴィルヘルム・ヒットルフ、ヴァルター・ネルンスト、フリードリヒ・コールラウシュによる、電場の影響下で水溶液中を移動する小さなイオンの特性と挙動を測定する実験は、水溶液の電気化学の一般的な数学的記述につながった。コールラウシュは、溶液中を移動する荷電粒子のさまざまな濃度、および移動する粒子の鋭い移動境界に関する方程式を作成した。20世紀初頭までに、電気化学者は、そのような荷電粒子の移動境界がU字型のガラス管で作成できることを発見した。[5]
液体中の移動境界を光学的に検出する方法は、1860年代にアウグスト・テプラーによって開発されました。テプラーは、不均質な溶液中のシュリーレン（影）または光学特性のわずかな変化を測定しました。この方法は、帯電した移動境界を作成および分析するための理論的および実験的方法と組み合わされ、ティセリウスの移動境界電気泳動法の基礎を形成しました。[6]
ティセリウス装置の開発と普及
1931 年にアルネ・ティセリウスが設計した装置により、化学混合物の分析における電気泳動の新しい応用範囲が広がりました。この開発は、ロックフェラー財団の多額の資金提供を受けて行われ、ティセリウスの初期の博士研究の延長でした。ロックフェラー財団からのさらなる支援を受けて、高価なティセリウスの装置は、いくつかの主要な化学研究センターで構築されました。
ティセリウスの後
1940 年代後半までに、新しい電気泳動法が、電気泳動的に類似した化合物を完全に分離できなかったティセリウス装置の移動境界電気泳動の欠点のいくつかに対処し始めました。新しい方法では、溶液中を自由に移動する荷電分子ではなく、固体またはゲル マトリックスを使用して、化合物を個別の安定したバンド (ゾーン) に分離しました。1950 年にティセリウスはこれらの方法を「ゾーン電気泳動」と名付けました。
ゾーン電気泳動は、 1955 年にオリバー スミシーズが電気泳動基質としてデンプンゲルを導入して以来、生化学の分野で広く応用されています。デンプンゲル (および後にポリアクリルアミドゲルやその他のゲル) により、タンパク質を効率的に分離できるようになり、比較的簡単な技術で複雑なタンパク質混合物を分析し、関連するタンパク質のわずかな違いを識別することが可能になりました。
高解像度の電気泳動法が開発されたにもかかわらず、ポリアクリルアミドゲルの細孔サイズや安定性などのパラメータの正確な制御は、20世紀においても依然として大きな課題でした。これらの技術的問題は、2000年代初頭にポリアクリルアミドゲルの重合時間の標準化が導入されたことでようやく解決され、高度に精製された金属イオン補因子と関連タンパク質の生理的濃度を定量的に分画して構造解析を行うことが初めて可能になりました。[7]
幅広い応用
1950年代以降、電気泳動法は大きく多様化し、 アフィニティー電気泳動、キャピラリー電気泳動、エレクトロブロッティング、電気泳動移動度シフトアッセイ、フリーフロー電気泳動、等速電気泳動、分取ネイティブPAGE 、パルスフィールドゲル電気泳動などの新しい方法と応用が開発され続けています。[7]
参照
注記
- ^ Malhotra, P. (2023).分析化学：基本的な技術と方法。Springer、ISBN 9783031267567。p.346。
- ^ Tiselius, Arne (1937). 「コロイド混合物の電気泳動分析のための新しい装置」.ファラデー協会紀要. 33 : 524–531. doi :10.1039/TF9373300524.
- ^ Michov、B. (1995)。電気泳動: 理論と実践。デ・グリュイター、ISBN 9783110149944。 405.
- ^ ロイス、FF (1809)。 「ガルバニークの新しい効果」。モスコウの自然史博物館。2 : 327–37。
- ^ ヴェスターバーグ、4-5ページ
- ^ ヴェスターバーグ、5ページ
- ^ ab Michov, B. (2022). 電気泳動の基礎: 必須の理論と実践。De Gruyter、ISBN 9783110761627。doi : 10.1515/ 9783110761641。ISBN 9783110761641。
参考文献
- Vesterberg, Olof (1989)。「電気泳動法の歴史」、Journal of Chromatography、第480巻、pp.3-19。