双向电泳技术和实验流程

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另外根据支持介质形状不同,区带电泳可分 为:薄层电泳、板电泳、柱电泳。������ 根据用途不同,可分为:分析电泳、制备电泳、定 量电泳、免疫电泳。 按pH的连续性不同,可分为:连续pH电泳,不连 续pH电泳。
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四、聚丙烯酰胺凝胶电泳
聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamidegel electrophoresis,简称PAGE)是以聚丙烯酰胺凝 胶作为支持介质的电泳方法。
蛋白。
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第一节 蛋白质电泳的基本原理
一、电泳的基本原理
1、在电场作用下,带电颗粒向着与其电性相反的方向移 动的现象称为电泳(electrophoresis)。 由F = Eq,f = 6πr υ η
可得υ=Eq/(6πr η)
2、带电颗粒的泳动速度同电场强度和分子本身所带的净 电荷量成正比,与颗粒半径和介质黏度成反比。 蛋白质是一种两性电解质。其泳动速度取决于蛋 白质分子所带电荷的性质、数量以及颗粒的大小和形 3 状。
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浓缩效应
连续电泳 不连续电泳
凝胶层 缓冲液离子成分 pH 电位梯度
浓缩效应 电荷效应 分子筛效应
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2、影响凝胶聚合的因素
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2、固相pH梯度的建立
固相pH梯度等电聚焦技术的突破要归功于Immobilines试剂 (Amersham Pharmacia Biotech, APB)的基础上开发的固相pH梯度(IPG) 技术。Immobilines(固相试剂)是一系列性质稳定的具有弱酸弱碱性质 的丙烯酰胺衍生物,与丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺有类的聚合行为。每个 分子都有一个单一的酸性或碱性缓冲基团与丙烯酰胺单连,其结构式为:
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利用蛋白质分子或其他两性分子等电点的不同,
在一个稳定的、连续的、线性的(或非线性)pH梯度 中进行蛋白质的分离和分析。分析对象只限于蛋白质 和其他两性分子。 根据建立pH梯度原理不同,可分为载体两性电解
质pH梯度(carrier ampholyte pH gradient)和固
相pH梯度(immobilized pH gradient, IPG)。
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一、基本原理
1、蛋白质的等电点:取决于其氨基酸的组成。
组成每一种蛋白质或多肽的氨基酸的数目和比例是 不同的,故蛋白质的等电点范围很宽,这使得可以利用 它来分离和分析蛋白质。
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2、聚焦效应
3、等电聚焦的分辨率
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二、载体两性电解质pH梯度等电聚焦电泳
1、载体两性电解质应具备的条件
① 在等电点处有足够的缓冲能力,以便能控制pH梯度,而 不致被样品的缓冲能力而改变pH梯度。 ② 在等电点处有足够高的电导,以便使一定的电流通过, 具备不同pH的载体有相同的电导系数,是整个体系中的 电导均匀。 ③ 分子质量小,便于与被分离的高分子物质分离。 ④ 化学组成不同于被分离物质,不干扰测定。 ⑤ 应不与分离物质反应或使之变性。
•分辨率高,尤其在不连续凝胶电泳中,集浓缩、分子筛和
电荷效应为一体,因而有更高的分辨率。
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2、聚丙烯酰胺凝胶的聚合
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催化剂和加速剂的种类
①AP-TEMED:化学聚合作用。 加速剂四甲基乙二胺(TEMED)的碱基可使催化剂过硫酸铵 (简称AP)的水溶液产生出游离氧原子,然后激活Acr单体, 形成单体长链,在交联剂Bis作用下聚合成网状的凝胶。 ②核黄素-TEMED:光聚合作用。
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按支持介质种类的不同,区带电泳可分为
①纸电泳:用滤纸作为支持介质,多用于核苷酸的定性定
量分析。 ②醋酸纤维素薄膜电泳:医学上,常用于分析血清蛋白、
胎盘球蛋白,其优点是简便迅速,便于保存照相,比纸电
泳分辨率高。 ������ 以上二种类型的电泳,由于介质的孔径度大,没有
分子筛效应,主要靠被分离物的电荷多少进行分离。
PAGE应用广泛,可用于蛋白质、酶、核酸等生物 分子的分离、定性、定量及少量的制备,还可测 定分子量、等电点等。
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1、丙烯酰胺凝胶有以下优点:
①几乎无电渗作用。
②化学性能稳定,与被分离物不起化学反应。对pH和温度 变化较稳定。 •在一定浓度范围内凝胶无色透明,有弹性,机械性能好, 易观察。
•凝胶孔径可调。
•在20‴能NH3反应,生成β、β′、β″-氮川三丙酰胺。
•与一些硫醇反应,生成β-烷基丙酰胺。 •也会由于超声、γ-射线和自然光线引起聚合作用。如果烃 键靠近在高度聚合的位臵,酰胺基也会受到分子间的缩聚 作用而成亚胺桥。
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3、聚丙烯酰胺凝胶的有效孔径:
凝胶的孔径可调性及其他性质
•每100亳升凝胶溶液中含有单体和交联剂的总 克数称凝胶浓度,用T%表示; T% = (a+b)/m •a:丙烯酰胺克数;b:N,N-甲叉双丙烯酰胺 克数;m:缓冲液体积(毫升)。
三、电泳的分类
按原理分类: 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。其装臵复杂,价格昂贵,费时费力,不 便于推广应用。 稳态电泳(或称臵换电泳):分子颗粒的电泳迁移在一定时间 达到一个稳态后,带的宽度不随时间而变化。 区带电泳:是指有支持介质的电泳,待分离物质在支持介质上 分离成若干区带。支持介质的作用主要是防止电泳过程中 的对流和扩散,以使被分离的成分得到最大分辨率的分离。 区带电泳由于采用的介质不同以及技术上的差异,又可分 5 为不同的类型。
光聚合作用通常需痕量氧原子存在才能发生,因为核黄素 在TEMED及光照条件下,还原成无色核黄素,后者被氧再氧 化形成自由基,从而引发聚合作用。
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丙烯酰胺会产生如下几个化学反应:
•高浓度酸和碱会促进其水解形成丙烯酸和NH3。 •与一些羟基化合物如酚或酯族醇反应,生成β-芳氧基或烷 氧基丙酰胺。
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固相pH梯度聚丙烯酰胺凝胶基质结合缓冲基团
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3、固相pH梯度等电聚焦原理
蛋白质分子按照自己的pI位臵在固相pH梯度中迁移, 知道达到自己的等电点,停止迁移。
4、固相pH梯度的优点和注意事项
固相pH梯度可窄至pH0.1的范围,因此分辨率极高,可 达0.001pH;pH梯度稳定,不漂移;灵活性大,可随意选 择pH梯度和斜率;重复性好;加样容量大;样品中盐的干 扰小;对碱性蛋白质也能很好的分离,无边缘效应,故可 用很窄的胶条(如5mm宽)聚焦,特别适合于双向电泳的 第一相,但固相 pH梯度灌胶技术复杂,只能使用聚丙烯 酰胺凝胶,电泳时候需要高电压,电泳时间长,窄范围pH 测定困难,只能计算。 注意事项:温度:20-30‴ ;电压:梯度上升。
其中R代表羧基或第三氨基。分子一端的双键可以在聚合过程中共价键合 镶嵌到聚丙烯酰胺介质中。所以它是固相的,即使是在电场中也不会漂移 。分子另一端的R基团为弱酸或弱碱性的缓冲基团,利用缓冲体系滴定终 点附近一段pH范围就可形成近似线性的分布在pH3~10范围的缓冲体系。 所以固相pH梯度与载体两性电解质pH梯度的区别在于前者的分子不是 两性分子,在凝胶聚合时候便形成pH梯度,不随环境电场条件的改变而改 变,后者是两性分子,在电场中迁移到自己的等电点后才形成pH梯度。
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浓缩效应
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聚丙烯酰胺凝胶电泳的异常现象及解决办法
1.凝胶未聚合
2.未加水层时凝胶聚合
3.电泳后未能检测出样品 4.样品分离区带宽或拖尾 5.只显一条区带 6.分离区带呈条纹状
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第二节 蛋白质等电聚焦电泳
1966年,瑞典科学家Rible和Vesterberg建立。 等电聚焦:isoelectric focusing,IEF。 1.电泳系统中加进两性电解质载体,当通直流电时,两性电 解质载体即形成一个由阳极到阴极连续增高的pH梯度。蛋 白进入时,不同的蛋白移动到与其等电点相当的pH位臵上, 从而使不同等电点的蛋白得以分离。 2.优点:分辨率高,区带清晰、窄,加样部位自由,重现性 好,可测定蛋白或多肽的等电点。 3.缺点:需无盐溶液,不适用于在等电点不溶解或发生变性 的蛋白。
由多乙烯多胺与丙烯酸加成制备(有不同pH 24 范围的商品两性电解质载体)
2、载体两性电解质pH梯度的形成 有两种方法产生pH梯度:
用两种不同的pH的缓冲液互 相扩散,在混合区形成pH 梯度。这种方法形成的pH 梯度很不稳定,重复性差, 现已不使用。人工pH梯度。 利用载体两性电解质在电场 作用下自然形成pH梯度, 常用该方法。天然pH梯度。
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加样方式
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wenku.baidu.com 高pH
高pH
等 电 聚 焦 电 泳 进 行 过 程 中
等 电 聚 焦 电 泳 结 束 后
低pH (-) (-)
低pH
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第三节 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳
一、常规聚丙烯酰胺凝胶电泳
1、基本原理:天然状态生物大分子聚丙烯酰胺凝胶电泳 (native PAGE),在恒定的、非解离的缓冲系统中分离 蛋白质。可得到天然蛋白质的分子量。
第三章 双向电泳技术 和实验流程
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*1809年俄国物理学家Peйce首次发现电泳现象。 *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年瑞典Uppsala大学的Tiselius对电泳仪器作了改进,创造了Tiselius 电泳仪,建立了研究蛋白质的移动界面电泳方法,并首次证明了血清是由白 蛋白及α、β、γ球蛋白组成的,由于Tiselius在电泳技术方面作出的开拓 性贡献而获得了1948年的诺贝尔化学奖。 *1948年Wieland和Fischer重新发展了以滤纸作为支持介质的电泳方法,对氨 基酸的分离进行过研究。 *从上世纪50年代起,特别是1950年Durrum用纸电泳进行了各种蛋白质的分离 以后,开创了利用各种固体物质(如各种滤纸、醋酸纤维素薄膜、琼脂凝胶、 淀粉凝胶等)作为支持介质的区带电泳方法。 *1959年Raymond和Weintraub利用人工合成的凝胶作为支持介质,创建了聚丙 烯酰胺凝胶电泳,极大地提高了电泳技术的分辨率,开创了近代电泳的新时 代。 *由80年代发展起来的新的毛细管电泳技术,是化学和生化分析鉴定技术的 重要新发展,己受到人们的充分重视。 *双向电泳由O’Farrell’s于1975年首次建立并成功地分离约1000个E.coli
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5、等电聚焦中应注意的事项
三、固相pH梯度等电聚焦电泳技术
固相pH梯度等电聚焦是80年代建立起来的一种等电 聚焦技术。固相pH梯度等电聚焦比传统等电聚焦具有更 高的分辨率,更大的上样量,其分辨率可达到0.001pH, 是目前分辨率最高的电泳方法之一。
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1、固相pH梯度的介质
其所用的介质是一些具有弱酸或弱碱性质的丙烯酰胺 衍生物,它们与丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺有相似的聚合 行为。
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3、载体两性电解质分离原理
等电聚焦样品可放于任何位臵。
4、载体两性电解质的缺点
① ② ③ ④ ① ② ③ ④ ⑤ 载体两性电解质合成过程复杂,影响蛋白质点的位臵,从而影响 了重复性; 负极漂移现象,使pH梯度不稳定; 负极漂移现象使碱性蛋白质无法聚焦; 凝胶灌制重复性差,凝胶机械稳定性差,影响重复性。 pH梯度的选择; 添加中性载体两性电解质; 电流降到最小切恒定时尽快结束IEF; pH梯度测定:电泳结束后,用微电机检测凝胶表面pH; 蛋白质在pI处形成沉淀。添加表面活性剂。
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③淀粉凝胶电泳:多用于同工酶分析,凝胶铺厚些,可一层一 层剥层分析(一板多测)。天然淀粉经加工处理即可使用, 但孔径度可调性差,并且由于其批号之间的质量相差很大, 很难得到重复的电泳结果,加之电泳时间长,操作麻烦, 分辨率低,实验室中已很少使用。 ④琼脂糖凝胶电泳:一般用于核酸的分离分析。琼脂糖凝胶孔 径度较大,对大部分蛋白质只有很小的分子筛效应。 ⑤聚丙烯酰胺凝胶电泳:可用于核酸和蛋白质的分离、纯化及 检测。其分辨率较高。 聚丙烯酰胺和琼脂糖是目前实验室最常用的支持介质。
在一定pH条件下,每一种分子都具有特定的电荷(种 类和数量)、大小和形状,在一定时间内它们在相同电场 中泳动速度不同,各自集中到特定的位臵上而形成紧密
的泳动带。这就是带电粒子可以用电泳技术进行分离、 分析和鉴定的基本原理。
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二、影响电泳速度的因素
1、电场强度;2、缓冲溶液的pH;3、缓冲溶液的离子强度;4、 电渗;5、焦耳热
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