凝胶电泳实验报告模板

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降低了对流运动，故电泳的迁移率又是同分子的摩擦系数成反比的。已知摩擦系数是分子的大小、极性及介质粘度的函数，因此根据分子大小的不同、构成或形状的差异，以及所带的净电荷的多少，便可以通过电泳将蛋白质或核酸分子混合物中的各种成分彼此分离开来。在生理条件下，核酸分子的糖-磷酸骨架中的磷酸基因呈离子状态从这种意义上讲，D N A 和RNA多核苷酸链可叫做多聚阴离子( Polyanions ) 。因此，当核酸分子被放置在电场中时，它们就会向正电极的方向迁移。由于糖- 磷酸骨架结构上的重复性质，相同数量的双链DNA几乎具有等量的净电荷，因而它们能以同样的速度向正电极方向迁移。在一定的电场强度下，DNA分子的这种迁移速度，亦即电泳的迁移率，取决于核酸分子本身的大小和构型，分子量较小的DNA分子比分子量较大的DNA 分子迁移要快些。这就是应用凝胶电泳技术分离DNA片段的基本原理。

聚丙烯酰胺凝胶电泳，普遍用于分离蛋白质及较小分子的核酸。琼脂糖凝胶孔径较大适用于分离同工酶及其亚型，大分子核酸等应用较广。琼脂糖和聚丙烯酰胺可以制成各种形状、大小和孔隙度。琼脂糖凝胶分离DNA度大小范围较广,不同浓度琼脂糖凝胶可分离长度从200bp至近50kb的DNA段。琼脂糖通常用水平装置在强度和方向恒定的电场下电泳。聚丙烯酰胺分离小片段DNA(5-500bp)效果较好,其分辩力极高,甚至相差1bp的DNA段就能分开。聚丙烯酰胺凝胶电泳很快,可容纳相对大量的DNA,但制备和操作比琼脂糖凝胶困难。聚丙烯酰胺凝胶采用垂直装置进行电泳。目前,一般实验室多用琼脂糖水平平板凝胶电泳装置进行DNA电泳。

3.1 凝胶电泳的分类

按照分离物质来分凝胶电泳可以分为核酸凝胶电泳和蛋白质凝胶电泳；按照分离介质来分可以分为琼脂糖凝胶电泳技术和PAGE凝胶电泳。本次实验我们采用按介质的分类方法来学习的。

3.1.1琼脂糖凝胶电泳

琼脂糖凝胶电泳是用琼脂糖作支持介质的一种电泳方法。其分析原理与其他

支持物电泳的最主要区别是：它兼有“分子筛”和“电泳”的双重作用。

琼脂糖凝胶具有网络结构，物质分子通过时会受到阻力，大分子物质在涌动时受到的阻力大，因此在凝胶电泳中，带电颗粒的分离不仅取决于净电荷的性质和数量，而且还取决于分子大小，这就大大提高了分辨能力。但由于其孔径相当大，对大多数蛋白质来说其分子筛效应微不足道，现广泛应用于核酸的研究中。

蛋白质和核酸会根据pH不同带有不同电荷，在电场中受力大小不同，因此跑的速度不同，根据这个原理可将其分开。电泳缓冲液的pH在6-9之间，离子强度0.02-0.05为最适。常用1%的琼脂糖作为电泳支持物。琼脂糖凝胶约可区分相差100bp的DNA片段，其分辨率虽比聚丙烯酰胺凝胶低，但它制备容易，分离范围广。普通琼脂糖凝胶分离DNA的范围为0.2-20kb，利用脉冲电泳，可分离高达107bp的DNA片段。

3.1.2聚丙烯酰胺凝胶电泳

实验室中常采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS—PAGE）。SDS—PAGE是蛋白分析中最经常使用的一种方法。它是将蛋白样品同离子型去垢剂十二烷基硫酸钠（SDS）以及巯基乙醇一起加热，使蛋白变性，多肽链内部的和肽链之间的二硫键被还原，肽链被打开。打开的肽链靠疏水作用与SDS结合而带负电荷，电泳时在电场作用下，肽链在凝胶中向正极迁移。不同的大小的肽链由于在迁移时受到的阻力不同，在迁移过程中逐渐分开，其相对迁移率与分子量的对数间成线形关系。

SDS—PAGE可分为圆盘状和垂直板状、连续系统和不连续系统。本实验采用垂直板状不连续系统，其基本原理如下：

不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳包含了两种以上的缓冲液成分、pH值和凝胶孔径，而且在电泳过程中形成的电位梯度亦不均匀。由此产生的浓缩效应、电荷效应和分子筛效应。

⑴浓缩效应

样品在电泳开始时，通过浓缩胶被浓缩成高浓度的样品薄层(一般能浓缩几百倍)，然后再被分离。当通电后，在样品胶和浓缩胶中，解离度最大的Cl—有效迁移率最大，被称为快离子，解离度次之的蛋白质则尾随其后，解离度最小的甘氨酸离子(PI=6.0)泳动速度最慢，被称为慢离子。由于快离子的迅速移动，在其后边形成了低离子浓度区域，即低电导区。电导与电势梯度成反比，因而可产生较高的电势梯度。这种高电势梯度使蛋白质和慢离子在快离子后面加速移动。因而在高电势梯度和低电势梯度之间形成一个迅速移动的界面，由于样品中蛋白质的有效迁移率恰好介于快、慢离子之间，所以，也就聚集在这个移动的界面附近，逐渐被浓缩，在到达小孔径的分离胶时，已形成一薄层。

⑵电荷效应

当各种离子进入pH8.9的小孔径分离胶后，甘氨酸离子的电泳迁移率很快超过蛋白质，高电势梯度也随之消失，在均一电势梯度和pH的分离胶中，由于各种蛋白质的等电点不同，所带电荷量不同，在电场中所受引力亦不同，经过一定时间电泳，各种蛋白质就以一定顺序排列成一条条蛋白质区带。

⑶分子筛效应

由于分离胶的孔径较小，分子量大小或分子形状不同的蛋白质通过分离胶时，所受阻滞的程度不同，因而迁移率不同而被分离。此处分子筛效应是指样品通过一定孔径的凝胶时，受阻滞的程度不同，小分子走在前面，大分子走在后面，各种蛋白质按分子大小顺序排列成相应的区带。

3.1.3 琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳的特点

琼脂糖凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳

（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。（1）PAGE具有电泳和分子筛的双重作用

（2）PAGE是目前最常用的电泳方法。

特点（3）凝胶结构均匀，孔径较大，

可用于分离酶的复合物、核酸、

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

用紫外吸收法做定量测定。

（6）有热可逆性。

（7）易破碎，浓度不能太低。

（8）易被细菌污染，不易保存，

临用前配置。

（9）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。

（10）与PAGE相比，分子筛

作用小，区带少。

（3）设备简单

（4）样品量小（1-100ug）

（5）时间短（30-60min）

（6）操作方便

（7）分离范围广（多肽、蛋白、

多糖等）

（8）可提高灵敏度改为超微量

测定(10-12-10-9)

（9）可用于蛋白质分子量测定

3.2 影响DNA迁移速率的决定因素

(1)DNA分子的大小: 双链DNA分子迁移的速率与其碱基对数的常用对数近似成反比

(2)琼脂糖浓度: 浓度越低，相同核酸分子迁移越快

表1 不同类型和浓度琼脂糖分离DNA片段的范围

浓度（%）标准(kb) 高强度(kb) 低熔点(kb)

0.3 1-50

0.5 0.7-25

0.8 0.5-15 0.8-10 0.8-10

1 0.25-1

2 0.4-8 0.4-8

1.2 0.15-6 0.3-7 0.3-7

1.5 0.08-4 0.2-4 0.2-4

2 0.1-

3 0.1-3

3 0.05-1

4

6

(3)DNA的构象: 同一分子的迁移速率：超螺旋环状＞线状＞切口环状

(4)凝胶和电泳缓冲液中的溴化乙锭:溴化乙锭（EB）插入双链DNA造成其负电荷减少、刚性和长度增加