Nukleové kyseliny
Stejně jako mnoho jiných biologických molekul jsou nukleové kyseliny polymery, dlouhé molekuly tvořené opakujícími se jednotkami. U nukleových kyselin je opakující se jednotkou nukleotid. Nukleotid se skládá z pěti uhlíkatých cukrů, báze obsahující dusík a fosfátové skupiny. Dva základní druhy nukleových kyselin, deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA), mají ve svých nukleotidech mírně odlišné cukry a odlišnou sadu čtyř bází, které mohou jejich nukleotidy obsahovat.
 |
 |
| DNA Nukleotid | |
 |
|
| Nukleotid RNA | Struktura úseku molekuly RNA. |
Všimněte si přítomnosti hydroxylové skupiny na 2′ uhlíku molekulárního cukru.
|
|
 |
 |
| Adenin -. DNA a RNA |
Guanin – DNA a RNA |
Thymin –
DNA a RNA |
 |
 |
|
| Cytosin -. DNA a RNA |
Uracil – Pouze RNA |
Velký význam pro elektroforézu má ionizace fosfátových skupin, která dává nukleovým kyselinám velký čistý záporný náboj. Protože je každý nukleotid ionizován, poměr náboje a hmotnosti dvou různých molekul nukleových kyselin bude velmi těsně souhlasit.
 |
 |
| Fosfátové skupiny každého nukleotidu nesou záporný formální náboj. Protože každý nukleotid nese stejný náboj, je poměr náboje k hmotnosti různých molekul nukleových kyselin téměř totožný. Elektrická síla způsobuje, že záporně nabité molekuly nukleových kyselin migrují směrem ke kladnému pólu. | |
DNA a RNA obsahují každá čtyři možné nukleotidy odpovídající souboru čtyř možných bází (adenin, guanin, thymin a cytosin pro DNA; adenin, guanin, uracil a cytosin pro RNA). Každá báze vykazuje zvláštní afinitu k jedné z ostatních tří bází na základě symetrie vodíkových vazeb. Dusíkatá báze adenin se „páruje“ s thyminem (nebo uracilem v RNA). Guanin se „páruje“ s cytosinem. Díky párování bází mohou DNA nebo RNA existovat jako jednovláknové nebo dvouvláknové varianty. Dvouvláknová forma se skládá ze dvou komplementárních vláken spojených párováním bází.
Párování bází dvou komplementárních vláken umožňuje molekulám nukleových kyselin nabývat dvouvláknové formy.
Párování bází se může vyskytovat i v jednovláknové DNA nebo RNA. Úsek obsahující jednu sekvenci nukleotidů se často zacyklí a spáruje báze s komplementárním úsekem na stejném řetězci. To ovlivní trojrozměrnou strukturu molekuly, což má důsledky pro elektroforetické separace. Obecně se dlouhé řetězce DNA nebo RNA nacházejí v konformaci párování bází, buď dvouvláknové, nebo jednovláknové s vnitřním párováním. Nepárované neboli „denaturované“ nukleové kyseliny se v roztoku vyskytují pouze za zvláštních podmínek, které destabilizují páry bází.
Párování bází se neomezuje pouze na dvouřetězcové varianty, ale může se vyskytovat i v rámci jedné molekuly. Výsledné konformace mohou vést k výsledkům elektroforézy, které je obtížné interpretovat.
Elektroforéza dvouvláknové DNA nebo RNA se označuje jako nativní gelová elektroforéza. Elektroforéza jednovláknové DNA nebo RNA probíhá za denaturačních podmínek. Formamid a močovina jsou dvě nejběžnější látky, kterými se dosahuje chemické denaturace. Tyto látky působí tak, že narušují vodíkové vazby mezi dusíkatými bázemi, a tím odstraňují účinky párování bází. Obvykle se v průběhu procesu denaturační elektroforézy od přípravy vzorku až po spuštění gelu používá určitá kombinace formamidu, močoviny a tepla. Účelem denaturačních podmínek je zajistit jednořetězcové molekuly a zabránit konformačním změnám způsobeným párováním bází mezi různými úseky téže molekuly DNA nebo RNA. Podmínky denaturační elektroforézy umožňují konzistentní vztah mezi velikostí molekul a pohyblivostí v gelu.
Formamid a močovina dosahují denaturace DNA nebo RNA tím, že vytvářejí nové vodíkové vazby s bázemi molekul nukleových kyselin a narušují vodíkové vazby, které vedou k párování bází.
Další téma: Biologické makromolekuly – nukleové kyseliny