Baterie versus protein

Být mobilní. Tak zní heslo moderní doby, ve které elektronika představuje nepostradatelný nástroj každodenního života většiny lidí. Mobilní telefony, notebooky, hodinky se neobejdou bez přísunu elektrické energie. Tu jim poskytují baterie. Na elektrochemických principech blízkých elektrickým článkům je postaven také výzkum biologicky významných molekul.

Každý měl někdy v rukou malou tužkovou baterii, odborně nazývanou galvanický článek, který je oblíbeným tématem prvních školních hodin chemie a fyziky. Základní složkou každé baterie je poločlánek, který dostaneme, pokud ponoříme kov do roztoku jeho soli. V závislosti na druhu kovu se kladně nabité částice do roztoku částečně uvolní, případně jsou kovem přijaty až do ustavení dynamické rovnováhy, kdy se množství vyloučených částic rovná přijatým. Jestliže dva rozdílně nabité poločlánky vzájemně vodivě propojíme, získáme článek.

Nejjednodušším galvanickým článkem je Danielův článek, tvořený vodivě propojeným měděným a zinkovým poločlánkem. V praxi se ale spíš setkáte s galvanickým článkem, který si nechal již v roce 1866 patentovat francouzský inženýr G. Leclanché. Kladný pól tohoto článku tvoří uhlíková elektroda obklopená oxidem manganičitým. Zápornou část představuje zinkový obal baterie. Roztokem vedoucím elektrický proud je tuhá pasta škrobu a chloridu amonného. Článek, označovaný také jako suchý, poskytuje napětí 1,5 V. Mimoto existují další typy baterií, např. rtuťové, alkalické apod.

ZÁVODY MOLEKUL
Galvanické články tedy využívají chemickou reakci, při níž se uvolňuje energie ve formě elektrického pole. Podobný systém dvou odlišně nabitých elektrod ponořených ve vodivém roztoku přinesl v roce 1948 švédskému vědci A. W. K. Tiseliovi Nobelovu cenu. Tiselius však nepracoval na vývoji elektrických baterií, nýbrž se snažil rozdělit směs bílkovin. S využitím poznatků o pohybu nabitých částic v elektrickém poli se mu podařilo separovat molekuly v závislosti na jejich hmotnostech.Tato metoda se nazývá elektroforéza. Její základní schéma je analogické baterii s tím rozdílem, že ve vodivém roztoku je ponořen tenký plátek gelu podobný želatině na dortu. V proužku gelu jsou malé jamky, do kterých se nanese roztok obsahující separované molekuly. Protože elektrické pole vzniklé na způsob galvanického článku poskytuje jen nízké napětí, jsou elektrody připojeny k vnějšímu zdroji. Vlivem elektrického pole vzniklého v roztoku se elektricky nabité molekuly pohybují skrze rosolovitý gel k příslušné elektrodě. Záporně nabité molekuly putují ke kladné elektrodě a naopak.

Molekuly mají dán směr, ale v cestě jim stojí mnoho překážek. Pórovitý gel totiž vytváří jakési molekulární síto. Podobně jako podsaditý cvalík při běhu na sto metrů překážek se u prvního či druhého „plotu“ nutně unaví, tak i velké a těžké molekuly si cestu skrze gel razí o poznání hůř než menší a hbitější běžci.

ČTENÍ DNA
Kde lze v praxi elektroforézní metody využít? Nepřeberné množství analytických technik zejména v klinických a výzkumných laboratořích je založeno na principu pohybu molekul v elektrickém poli. Samotná krev obsahuje rozličné druhy bílkovin, které nebýt zachyceny v sítích gelu, nebyly by dodnes rozpoznány. Samozřejmě ani genetika zde nestojí pozadu. Všem dobře známá nositelka dědičné informace, molekula DNA, byla dlouho těžkým oříškem pro většinu světových chemiků. Až nástup elektroforetických technik umožnil čtení a rozluštění genetického kódu. Konec konců také moderní umění by mohlo čerpat inspirace z výsledků společného úsilí fyziků, chemiků a biologů. Aby byly různé molekuly DNA na gelu dobře rozeznatelné, přidává se pro jejich zviditelnění speciální barvička. Pod ultrafialovým světlem pak vycestované molekuly vypadají jako svítící barevné proužky. Každý pruh tvoří velké množství molekul stejného druhu. Za pomoci dalších technik poté může genetický inženýr získat požadovaný úsek DNA, nebo hotový protein.