Puedo hacerlo mejor que una caricatura de ADN moviéndose a través de un gel: ¡un video!
Carlos Bustamante no explica ninguna física en este video, así que déjame agregar detalles. Es bastante complicado modelar en detalle, y de hecho, los modelos que tenemos funcionan bien solo para casos muy específicos, pero podemos dar una descripción cualitativa aquí. (Antes de comenzar, noto que el ADN de T4 en este video tiene una longitud de 170 kbp, mucho más de lo que nunca usarías en un gel a menos que estuvieras loco, porque tomaría una eternidad. Pero los comportamientos particulares son probablemente universales).
El ADN que se mueve a través de un gel es un polímero de cadena de unión libre que se mueve a través de un material poroso. El material poroso realmente debe considerarse como un espacio con obstáculos con un cierto espacio promedio. La elección del espacio determina la capacidad del gel para resolverse entre diferentes tamaños de ADN.
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Ahora, ¿qué quiero decir con cadena de articulación libre? Lo más importante, sus propiedades (en un gel, pero no necesariamente en las células) son impulsadas entropicamente. La longitud de persistencia del ADN (la longitud de decaimiento exponencial sobre la cual cae la autocorrelación de dos vectores tangentes a lo largo del contorno del ADN) es de aproximadamente 50 nm, o aproximadamente 150 pares de bases. Entonces, para un ADN mucho más largo que 150 pb, en realidad se modela bien como una cadena de segmentos rígidos conectados por articulaciones totalmente flexibles. En otras palabras, una caminata aleatoria de segmentos rígidos. El modelo FJC más simple se ajusta bien si supone una longitud de segmento K (“longitud de Kuhn”) de 100 nm, por lo que una molécula de ADN de longitud L nanómetros tiene una distancia media de extremo a extremo x de [matemáticas] x = \ sqrt {L / K} * K [/ matemáticas]
Si su distancia de extremo a extremo x es pequeña, entonces el ADN simplemente pasa por los obstáculos y se mueve más o menos balísticamente a través del gel. Si es grande, el ADN golpea los obstáculos y se estira a su alrededor, como se ve en el video. La fuerza neta sobre la molécula (el componente a lo largo de los campos E) se reduce y, por lo tanto, la velocidad promedio es menor.
Las moléculas de ADN súper largas pueden enredarse extremadamente, hasta el punto de que simplemente no se mueven a través de un gel. En tales casos, puede aplicar campos pulsados que estiran y relajan alternativamente el ADN, o campos ortogonales para ayudarlo a encontrar otros caminos.
En el régimen de ADN corto, este modelo no se aplica claramente, pero aún parece aproximadamente correcto, probablemente porque el ADN no es una cadena de segmentos rígidos, sino más bien una barra larga con rigidez de flexión finita.
Tenga en cuenta también que debido a que el ADN / ARN monocatenario es mucho más flexible que el ADN bicatenario (longitudes de persistencia de unos pocos nm) puede separar moléculas muy pequeñas utilizando geles muy densos.
