Anomalous electrophoresis, self-trapping and "freezing" of partially charged polyelectrolytes

(Received 21 August 1991, revised 13 December 1991, accepted 13 January 1992)

Abstract
According to the biased reptation model of gel electrophoresis, the alignment of the DNA molecules in the field direction is due to the presence of electric charges near the ends of the chains. This alignment limits the size of DNA molecules that can be separated, and contributes to the phenomenon of self-trapping. Here, I present a model where the biased diffusion inside the reptation tube is decoupled from the tube orientation which is produced by the end-segments. Where the ends are uncharged, self-trapping is found to dominate the dynamics : the mobility first decreases with the electric field E as before it vanishes as e ^-E, indicating that the molecules is "frozen" in the gel. This shows that variations in the charge distribution along a chain polyelectrolyte can have dramatic effects.

Résumé
Selon le modèle de reptation biaisée de l'électrophorèse en phase gel, l'orientation des molécules d'ADN dans la direction du champ électrique est due à la présence de charges électriques près des bouts des chaînes. Cette orientation limite la taille des molécules qui peuvent être ainsi séparées et contribue à l'apparition du phénomène d'auto-piégeage. Dans cet article, je présente un modèle où la diffusion biaisée dans le tube de reptation est découplée de l'orientation moléculaire produite par les extrémités des chaînes. Lorsque les extrémités ne sont pas chargées, le piégeage domine : la mobilité décroît d'abord comme , où E est l'intensité du champ électrique appliqué, avant de décroître comme e ^-E pour des champs élevés, ce qui indique que la molécule est presque totalement "gelée" sur place. Des changements dans la distribution des charges électriques le long d'un polyélectrolyte linéaire peuvent donc avoir des effets dramatiques.