电泳分离技术

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病毒 等大分子物质。 4.透明度较好,可直接或干燥成薄膜后进行染色。 5.不吸收紫外光,可直接利用紫外光吸收法作定量测定 6.有热可逆性
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(二)缺点 1.易破碎,浓度不能太低。 2.易被细菌污染,不易保存,临用前配制。 3.琼脂糖支持层上的区带易于扩散,电泳后必须立即固定染
色。 4.与PAGE相比,分子筛作用小,区带少。
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蛋白质是带有电荷的两性生物大分子,其正负电荷的数量 随所处环境酸碱度的变化而变化。在电场存在下的一定pH 溶液中,带正电的蛋白分子将向负极移动而带负电的蛋白 分子将向正极移动,在某一pH时,蛋白分子在电场中不再 移动,此时的pH值即为该蛋白质的等电点。 等电聚焦(IEF)电泳就是在凝胶中加入两性电解质从而构 成从正极到负极pH逐渐增加的pH梯度,处在其中的蛋白 分子在电场的作用下运动,最后各自停留在其等电点的位 置上,测出蛋白分子聚焦位置的pH值,便可以得到它的等 电点。
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第一次的自由溶液电泳;第一台电泳仪; 1948年,获诺贝尔化学奖;
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由于早期的电泳仪价格昂贵,分辨率低,易产生对流,因 而逐渐发展起了区带电泳。 自由界面电泳:又称移动界面电泳,是指在没有支持介质 的溶液中进行的电泳。其装置复杂,价格昂贵,费时费力, 不便于推广应用。 区带电泳是指在电泳迁移中以一个缓冲溶液饱和了的固相 介质作为支持介质,减少外界干扰的电泳技术。 凝胶电泳和等电聚焦电泳由于其明显的优越性,得到了越 来越广泛的应用。
无离子水至500毫升。显色约10分钟,蛋白带出现。 6. 无离子水漂洗后用50%甲醇终止显色。
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SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳
十二烷基硫酸钠(SDS)的聚丙酰胺凝胶电泳是最 常用的定性分析蛋白质的电泳方法,特别是用于蛋白
质纯度检测和测定。
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原理
SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的基本原理是SDS能和 蛋白质结合并使蛋白质带有大量的负电荷,大大超过其 原来所带电荷,从而使各天然蛋白质分子间的电荷差别 消除;同时通过断裂分子内和分子间的氢键,蛋白质的 结构也在SDS作用下变得松散,形状趋于一致。排除了 电泳过程中电荷的影响,使SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 时,蛋白质迁移率的差异仅是相对分子质量的函数。
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原理
以孔径大小不同的聚丙烯酰胺凝胶为支持物,采用电 泳基质的不连续体系(即凝胶层、缓冲液离子成分、PH、 电位梯度均不连续),使样品在不连续的两层凝胶之间积 聚浓缩成很窄的样品区带(厚度为0.1毫米),然后再进行 分离,从而提高了分辨率。
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聚丙烯酰胺凝胶电泳的特点
设备简单 样品量小(1-100微克) 时间短(30-60分钟) 操作方便 分离范围广(多肽,蛋白,多糖等) 可提高灵敏度改为超微量测定(10-12~10-9) 可用于蛋白质分子量测定
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凝胶电泳
主要介质为琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶 琼脂糖——筛分作用小,适于大分子物质 聚丙烯酰胺——分离效果好,分辨率高,适于小分子物质
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聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)是一种利用人工合ห้องสมุดไป่ตู้的凝胶作 为支持介质的区带电泳。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰 胺和交联剂N,N-甲叉双丙烯酰胺经过聚合交联从而形 成的三维空间凝胶网络。 PAGE具有电泳和分子筛的双重作用。 PAGE是目前最常用的电泳方法。
光聚合:核黄素为催化剂(阳光,日光),制大孔胶。
化学聚合:制小孔胶。
过硫酸铵 APS
(引发剂)
N,N,N’,N’-四甲基乙二胺 TEMED (加速剂)
被激活的单体和未被激活的单体开始了多聚链的延伸, 正在延伸的多聚链也可以随机地接上双丙稀酰胺,使多聚 链交叉互连成为网状立体结构,最终多聚链聚合成凝胶状。
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双胺银染过程: 1. 胶在50%甲醇中浸泡至少1小时. 2. 配制溶液A 0.8克硝酸银到4毫升无离子水。B21毫升
0.36% 氢氧化钠和1.4毫升14.8摩尔的氢氧化胺. 3. 将A滴到B中,用无离子水加至100毫升,此溶液临用前
配制,染色15分钟. 4. 无离子水漂洗5分钟. 5. 显色液:2.5毫升1%柠檬酸与0.25毫升37%甲醛混合,加
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凝胶特性
机械性能、弹性、孔径大小等。 T——单体的总百分浓度 C——交联百分浓度
a——丙烯酰胺的克数 b——亚甲基双丙烯酰胺克数 m——体积
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聚丙烯酰胺凝胶的有效孔径取决于总浓度,随浓度的增加 而降低。
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有效孔径决定蛋白质的分离
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聚合方式
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双向电泳
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1975年,O’Farrell 首先运用双向电泳技术将大肠杆菌总蛋白 分离出1100多个蛋白点。后来此技术一直用于原核生物和真 核生物总蛋白的分离。目前,随着蛋白组工程的发展,双向 电泳技术越来越广泛的用于发现未知蛋白。 双向电泳由第一向等电聚焦(IEF)电泳和第二向SDS-聚丙烯 酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)组成,第一向使等电点不同的蛋 白得到分离,第二向使分子量不同的蛋白得到分离,两向结 合便得到高分辨率的蛋白图谱。
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Staking gel Separating gel
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该方法可选择的缓冲液范围较广,主要影响蛋白质分离效 率和电泳速度。
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由于无电荷浓度的影响,因此凝胶浓度选择成为关键因素。
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等电聚焦
等电聚焦(isoelectric focusing,IEF)是60年代中期问世 的一种利用有pH梯度的介质分离等电点不同的蛋白质的电 泳技术。由于其分辨率可达0.01pH单位,因此特别适合于 分离分子量相近而等电点不同的蛋白质组分。
生物大分子。 ②高压电泳:1000v~5000v,电泳时间短,有时只需几分钟,
多用于氨基酸、多肽、核苷酸和糖类等小分子物质的分离
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影响电泳速度的因素
颗粒性质:直径、形状、静电荷。 电场强度:电场强度越高,带电颗粒的泳动速度越快常压: 2-10V/cm 溶液性质:电极溶液和蛋白质样品溶液pH、离子强度、溶 液黏度。 电渗:液体对固体支持物的相对移动。颗粒运动的方向与 电渗方向一致时,加快颗粒的迁移率。反之亦然。 支持介质的筛孔
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双向电泳具有一些明显的优点 可在不同电泳技术的基础上构建双向电泳
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在一定范围内,电泳迁移率与相对分子质量的对数呈线性 关系。 测定蛋白质相对分子质量时,用已知相对分子质量的蛋白 质与被测样品在同一条件下进行电泳,最后计算出被测样 品的分子量。 由于蛋白质与SDS的结合对电泳影响显著,因此需要注意 SDS单体浓度、离子强度等影响因素。 用SDS-凝胶电泳法测定分子量,每次测定样品必须同时做 标准曲线,而不得利用另一次电泳的标准曲线。
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银染法
机制:将蛋白质带上的硝酸银(银离子)还原成金属银, 使银颗粒沉积在蛋白带上。银染蛋白的吸光度与他们的浓 度成线性关系。 蛋白质的染色程度与蛋白质上的特殊基团有关,碱性和含 硫氨基酸的存在对染色有贡献。 银染应先固定,固定的作用有两个:第一是把蛋白质固定 在凝胶中阻止扩散。第二为了除去干扰染色的物质,如去 污剂、还原试剂和缓冲液中的成分(甘氨酸)。固定剂有 戊二醛、乙醇、甲醇醋酸、三氯醋酸。 染色分为双胺银染和非双胺银染。 银染的线性范围是40倍,灵敏度是考染的100倍。
1、提高分辨率及灵敏度。 2、简化操作,缩短电泳时间。 3、扩大应用范围。
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电泳的分类
1.电泳按其分离原理不同,分为区带电泳、移动界面电泳、 等速电泳、等电聚焦电泳等。
①区带电泳 ②自由界面电泳 ③等速电泳:
需使用专用电泳仪,当电泳达到平衡后,各电泳区带相随, 分成清晰的界面,并以等速向前运动。 ④等电聚焦电泳: 由两性电解质在电场中自动形成pH梯度,当被分离的生物 大分子移动到各自等电点的pH出聚集成很窄的区带。
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迁移率(mobility) : 带电颗粒在单位电场强度下的泳动速度.
V: 泳动速度cm/秒or分 d: 泳动距离cm t: 电泳时间 (秒/分) E: 电场强度 伏特/cm
u: 泳动率or泳动度(cm/伏·秒or分) U: 电压 常压(100—500v)
高压(500—10000v)仅需几分钟 l: 支持场的长度 (有效长度)
第十一章 电泳分离技术
广泛应用于各个科学领域的新型 分离技术
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概述
在电解质溶液中,位于电场中的带电离子在电场力的作用 下,以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现 象,称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同, 迁移速率不同,可实现分离。
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1809年俄国物理学家Peiice首次发现电泳现象,他在湿粘 土中插上带玻璃管的正负两个电极,加电压后发现正极玻 璃管中原有的水层变浑浊,即带负电荷的粘土颗粒向正极 移动,这就是电泳现象。 1909年Michaelis首次将胶体离子在电场中的移动称为电泳。 他用不同pH的溶液在U形管中测定了转化酶和过氧化氢酶 的电泳移动和等电点。 1937年,Tiselius(瑞典)将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液 之间,两端施以电压进行自由溶液电泳,第一次将人血清 提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白。
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蛋白质 Z 在左边的 native-PAGE 中无法向下泳动, 但在右边的 SDS-PAGE 则可以依其分子量正确泳动;因 此一般使用上,SDS-PAGE 的应用较广泛。 在 SDSPAGE 下,虽然 X 分子被解析成单元体,因此分子量由 160 kD 变成 40 kD;但若在较温和的样本处理件下,有 可能看到未完全解析的 160 kD 蛋白质色带。
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特别注意
丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺对中枢神经系统有损伤作用. 丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺要避光保存. 混合的溶液保存不宜超过一个月.
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琼脂糖凝胶电泳
(一)优点 1.因不含硫酸根和羧基,几乎消除了琼脂的电渗 2.对蛋白质吸附极微,故无拖尾现象。 3.凝胶结构均匀,孔径较大,可用来分离酶的复合物、核酸、
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2.电泳按支持介质的不同,分为纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳、 琼脂凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、SDS——聚丙烯酰胺 凝胶电泳等。
3.电泳按支持介质形状的不同,分为薄层电泳、板电泳、柱电 泳等。
4.按用途不同可分为分析电泳、制备电泳、定量免疫电泳、连 续制备电泳等。
5.按所用电压不同可分为: ①低压电泳:100v~500v,电泳时间较长,适于分离蛋白质等
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理想显色剂的7S 安全(safety) 灵敏(sensitivity) 简单(simplicity) 特异性(specificity) 快速(speed) 稳定(stability) 兼容性(synergy)
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考马斯亮蓝R250:灵敏度是氨基黑10B的5倍,但不适用与 酸溶蛋白、醇溶蛋白。 考马斯亮蓝G250:灵敏度不如R250,但不溶于酸性溶液。 考染灵敏度为30~100ng,线性范围是20倍.
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电泳分析的特点
各种电泳技术具有如下特点:
凡是带电物质均可应用某一电泳技术进行分离,并可以进 行定性或定量分析; 样品量极少; 设备简单,可在常温下进行; 操作简单省时; 分辨率高。已被广泛应用于基础理论研究,临床诊断及工 业制造等方面。
电泳分离技术
电泳技术围绕制胶、电泳、染色三个技术环节,不断 改进,以实现下列目标:
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主要性能指标
电内渗 胶凝温度 熔化温度 凝胶强度 脱水收缩作用
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琼脂糖的选择
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凝胶电泳的应用——常规聚丙烯酰胺电泳
分子筛效应提高了分辨率 各种大分子的分离 研究生物大分子的特性 可保持分离物的生物活性
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缓冲系统的选择
pH值由于影响蛋白质的解离,在电泳过程中具有重要作用 离子强度既要起到缓冲作用,同时还需产热少,对电流相 对贡献小。一般选用较低的离子浓度。 凝胶浓度的选择在于选择合适的孔径。 浓缩胶——分离胶 均一胶——梯度胶 染色方法常用考马斯亮蓝、溴酚蓝等。
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