ELECTROFORESIS

ELECTROFORESIS:

DIFUSION DE IONES DE COBRE (+2) EN GEL DE AGAR POR

MEDIO DE UN CAMPO ELECTRICO

GISELL ALEJANDRA BARRIOS QUIROZ

MARA FERNANDA CUENTAS CADENA

JERALDIN PAOLA DE LA HOZ DE ALBA

MARIA JOSE FABREGAS ANGULO

LAURA CAMILA ORTIZ NAVARRO

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

SANTANDER BOLIVAR ZAMBRANO

TRANSFERENCIA DE MASA I

GRUPO 2

BARRANQUILLA, 2019-I

Tabla de contenido

1. Resumen
2. Introducción
3. Objetivos
4. Marco teórico
5. Componentes de la electroforesis
6. Metodología
7. Modelo matemático de difusión
8. Análisis de resultados
9. Conclusión
10. Referencias

Tabla de ilustración

Ilustración 1 Cámara de electroforesis,

Ilustración 2  Gel de agar gelificándose, para su posterior uso en la electroforesis

Ilustración 3 Solución preparada, para después ser usada en la preparación del gel

Ilustración 4 Sulfato de cobre pentahidratado

Ilustración 5  Fuente de poder

Ilustración 6  Electrodos de acero inoxidable

Ilustración 7 Montaje de la cámara de electroforesis

Ilustración 8 pesaje del borato de sodio                    

Ilustración 9 pesaje del ácido bórico  

Ilustración 10 Medición del pH de la solución buffer  

Ilustración 11 Montaje de difusión de gel de agarosa.

Tabla 1. Datos obtenidos en la práctica experimental

Tabla 2. Valores del gradiente de voltaje y velocidad de difusión.

Grafica 1. Velocidad de difusión Vs gradiente de voltaje.

1. Introducción

La electroforesis consiste en el movimiento o desplazamiento diferencial de especies cargadas (iones), sustancias neutras o migración pasiva, por atracción o repulsión de un campo eléctrico.

El desplazamiento de sustancias bajo la acción de un campo eléctrico, fue desarrollado por primera vez por Alexander Rauss en 1809, donde se observó el comportamiento migratorio de pequeñas partículas de arena, en agua trasparente contenida en un recipiente de vidrio con un lecho fino de arena en el fondo y dos tubos conteniendo electrodos en una batería, el movimiento de los iones enturbio las proximidades del polo positivo. [1]

Mas sin embargo fue Tisilius, el encargado de perfeccionar esta técnica, resolviendo los principales problemas de la electroforesis, vinculados a la difusión térmica y a la convección, para lo cual empleo medios anticonvectantes como los geles de agarosa, agar y poliacrilamidas, que a su vez funcionan como tamiz  molecular y permiten separar moléculas cargadas en función de su tamaño y forma.

Actualmente la electroforesis es ampliamente usada para separar fragmentos de ADN y ARN en función de su  tamaño para determinar el contenido de ácido nucleico en una muestra y extraer los fragmentos de ADN de interés. [2]

En este trabajo se realizara la electroforesis con gel de agar (Formado por una solución buffer de ácido bórico y borato de sodio), con el fin de hacer migrar iones de cobre (+2), a través de este para determinar cómo afecta la caída de potencial con la distancia recorrida por los iones.

1. Objetivos

• Analizar el proceso que ocurre en la difusión de un ion a través del método de electroforesis en gel
• Analizar y comprender los resultados experimentales del fenómeno que ocurre en electroforesis en gel.
• Comparar la práctica experimental con otros procesos de investigación donde se halla utilizado la difusión en gel.

1. Marco teórico

La electroforesis en gel es un método que separa las macromoléculas en función del tamaño, Carga eléctrica y otras propiedades físicas. La electroforesis en gel se refiere a una técnica en la cual las moléculas son forzadas a través de un lapso de gel, motivado por una corriente eléctrica. La fuerza motriz para la electroforesis es el voltaje aplicado a los electrodos en cada extremo del gel. Las propiedades de una molécula determina la rapidez con la que un campo eléctrico puede moverla a través de un gelatinoso medio.

La electroforesis en gel es una técnica utilizada para la separación de ácidos nucleicos y proteínas La separación de macromoléculas depende de dos variables: carga y masa. Cuando una muestra biológica, como el ADN, se mezcla en una solución tampón y aplicadas a un gel, estas dos variables actúan juntas. La corriente eléctrica de un electrodo repele las moléculas, mientras que el otro electrodo atrae simultáneamente las moléculas. La fuerza de fricción del material de gel actúa como un "tamiz molecular", separando las moléculas por tamaño. Durante la electroforesis, las macromoléculas son obligadas a moverse a través de los poros y su tasa de migración a través del campo eléctrico. Depende de lo siguiente:

• La fuerza del campo
• El tamaño y la forma de las moléculas.
• La relativa hidrofobicidad de las muestras.
• La fuerza iónica y la temperatura del tampón en el que están moviendo las moléculas.

La mayoría de las biomoléculas poseen una carga eléctrica, cuya magnitud depende del pH del medio en el que se encuentran. Como consecuencia, se desplazan cuando se ven sometidas a un campo eléctrico.

Para la separación de partículas cargadas en electroforesis en gel, es importante observar las ecuaciones usadas en electroforesis. Cuando se aplica voltaje a través de los electrodos, se genera un gradiente de potencial, E, y puede se expresará mediante la ecuación:

[pic 1]

Donde V, medida en voltios, es el voltaje y d la distancia en cm entre los electrodos cuando se aplica el gradiente de potencial, E, se aplica una fuerza, F, que se genera sobre una molécula cargada  y se tiene la ecuación:

[pic 2]

Donde q es la carga en coulomb que tiene la molécula.  

La velocidad ν de una molécula cargada en un campo eléctrico es una función del gradiente de potencial, carga y fuerza de fricción de la molécula y puede ser expresada por la ecuación:

[pic 3]

Donde f es coeficiente de fricción.  

La movilidad electroforética, μ, de un ion se puede definir entonces por la velocidad del ion dividido por el gradiente potencial:

[pic 4]

Además, a partir de la ecuación (3) se puede ver que la movilidad electroforética M puede ser expresado de manera equivalente como la carga de la molécula, q, dividida por el coeficiente de fricción, f

[pic 5]

Cuando se aplica una diferencia de potencial, las moléculas con diferentes cargas generales comienzan a separarse debido a sus diferentes movilidades electroforéticas. La movilidad es un parámetro significativo y característico de una molécula o partícula cargada y depende del valor pK del grupo cargado y del tamaño de la molécula. Incluso las moléculas con cargas similares comenzarán a separarse si tienen Diferentes tamaños moleculares, Las moléculas más grandes migran más lentamente debido a la mayor fricción y por la menor eficiencia al movimiento a través de los poros del gel. La corriente en la solución entre los electrodos es conducida principalmente por los iones tampón con una pequeña proporción llevada a cabo por los iones de muestra. La relación entre la corriente I, el voltaje V y la resistencia R es expresada por la ley de Ohm:

[pic 6]

Esta ecuación demuestra que para una resistencia R dada, es posible acelerar una separación electroforética al aumentar el voltaje V, que resultaría en un aumento correspondiente en el flujo de corriente I. La distancia migrada será proporcional tanto a la corriente como al tiempo. Sin embargo, el aumento de voltaje, V, y el correspondiente aumento en la corriente, I, causaría uno de los principales problemas para la electroforesis, concretamente la generación de calor. Esto puede ser ilustrado por la siguiente ecuación en la que la potencia, W, (medida en vatios) generada durante la electroforesis:

[pic 7]

Dado que la mayor parte de la potencia producida en el proceso electroforético se disipa como calentar los siguientes efectos perjudiciales que pueden resultar:

• Una mayor tasa de difusión de muestras y de iones tampón que conduce a la ampliación de las muestras separadas.
• La formación de corrientes de convección, que conduce a la mezcla de muestras separadas.
• Inestabilidad térmica de muestras que son bastante sensibles al calor.
• Una disminución de la viscosidad del ion tampón, por lo tanto una reducción en la resistencia del medio.[3]

1. Componentes de la electroforesis

Cámara de electroforesis: Es un dispositivo que permite la generación de un campo eléctrico alrededor de un gel donde se depositan las muestras. Este campo se genera dentro de una solución amortiguadora en la que se encuentra sumergido el gel que contiene las muestras; el alto contenido de electrolitos permite la transmisión de la corriente eléctrica, manteniendo el pH estable al paso de la corriente. La cámara cuenta con dos polos que se conectan a una fuente de energía. En las cámaras de electroforesis vertical el polo positivo se encuentra en la parte inferior de la cámara  y en las horizontales, en uno de los extremos. En ambos tipos de cámaras el polo positivo se distingue con color rojo y el negativo con negro. [4]

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