聚丙烯酰胺凝膠電泳(Polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE),是以聚丙烯酰胺凝膠為支持介質(zhì)的一種常用電泳技術(shù)。SDS(十二烷基硫酸鈉)是陰離子表面活性劑,作為變性劑和助溶試劑,它能斷裂分子內(nèi)和分子間的氫鍵,使分子去折疊,從而破壞蛋白分子間的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。而強(qiáng)還原劑如β-巰基乙醇,二硫蘇糖醇(DTT)均能使半胱氨酸殘基間的二硫鍵斷裂。在樣品和凝膠中加入還原劑和SDS后,分子被解聚成多肽鏈,解聚后的氨基酸側(cè)鏈和SDS結(jié)合成蛋白-SDS 膠束,所帶的負(fù)電荷大大超過(guò)了蛋白原有的電荷量,這樣就消除了不同分子間的電荷差異和結(jié)構(gòu)差異。
SDS-PAGE一般采用的是不連續(xù)緩沖系統(tǒng),由上層的濃縮膠和下層的分離膠組成。上下兩層膠的的區(qū)別在于Tris-HCl 的 pH 值和丙烯酰胺的濃度不同。上層的濃縮膠的pH為6.8,下層的分離膠的pH為8.8,上層為負(fù)極,下層為正極。濃縮膠的主要表現(xiàn)為濃縮效用(堆積作用),凝膠濃度較小,孔徑較大,把較稀的樣品加在濃縮膠上,經(jīng)過(guò)大孔徑凝膠的遷移作用而被濃縮至一個(gè)狹窄的區(qū)帶。分離膠的主要表現(xiàn)為分子篩效用。
當(dāng)電泳開(kāi)始后,在這個(gè)pH條件下緩沖液中的HCl的Cl-幾乎全部解離,Gly解離出少量的甘氨酸根離子(Gly等電點(diǎn)為6.0,因此僅有少數(shù)解離為負(fù)離子)。由于蛋白質(zhì)分子在前處理后帶負(fù)電荷,因此在電場(chǎng)中和Cl-及甘氨酸根離子一起向正極移動(dòng)。在電場(chǎng)移動(dòng)過(guò)程中,Cl-移動(dòng)最快,蛋白質(zhì)分子居中,甘氨酸根離子移動(dòng)最慢,三類(lèi)離子的遷移速率為Cl->蛋白質(zhì)分子>甘氨酸離子。電泳開(kāi)始后,Cl-泳動(dòng)快,在其后留下一個(gè)低離子濃度區(qū)。甘氨酸離子在電場(chǎng)中移動(dòng)最慢,造成移動(dòng)離子的缺乏,于是Cl-和甘氨酸根離子之間就形成了一個(gè)缺少離子的高壓區(qū),具有較高的電場(chǎng)強(qiáng)度。在這高壓區(qū)內(nèi)所有的負(fù)離子都會(huì)加速移動(dòng),當(dāng)移到Cl-區(qū)域時(shí),高電壓消失,蛋白質(zhì)的移動(dòng)速度慢下來(lái),當(dāng)以上穩(wěn)定狀態(tài)建立后,蛋白質(zhì)樣品在快慢離子間被濃縮形成一個(gè)狹小的之間層,按照電荷大小排列。但是由于目標(biāo)蛋白都帶有負(fù)電荷,所以位于同一的起點(diǎn),這樣就起到了濃縮的作用。
從上層的濃縮膠進(jìn)入下層的分離膠后,膠的pH變高,Cl-電離從而達(dá)到正極,甘氨酸根離子的電離度增大,泳動(dòng)率上升,很快就會(huì)跑超所有蛋白質(zhì)分子,緊跟在Cl-后達(dá)到正極,此時(shí)低離子濃度不再存在,分離膠中形成了一個(gè)恒定的電場(chǎng)強(qiáng)度。而這時(shí)還有蛋白質(zhì)分子在分離膠中進(jìn)行著緩慢的移動(dòng)。根據(jù)蛋白質(zhì)分子受到溶液離子的影響導(dǎo)致pH發(fā)生變化,但因?yàn)樗鶐щ姾蓴?shù)的單位質(zhì)量不同,所以帶負(fù)電荷多的移動(dòng)快,反之則慢,這就有了電荷效應(yīng)。由于分離膠的孔徑大小差異,從而形成了一個(gè)整體的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu),對(duì)不同分子大小的蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō),通過(guò)移動(dòng)時(shí)受到的滯阻作用不同,即使靜電荷相等的顆粒,最終也會(huì)由于這種分子篩的效應(yīng),把不同大小的蛋白質(zhì)相互分開(kāi)。這樣就起到了分子篩作用。
一、蛋白樣品的制備
1、試劑準(zhǔn)備
5×loading buffer(以100mL為例)
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) | 體積(mL) |
1M Tris·Hcl(pH 6.8) | - | 25 |
SDS | 10 | - |
β-巰基乙醇 | - | 5 |
甘油 | - | 50 |
溴酚藍(lán) | 0.25 | - |
水 | 補(bǔ)足至100mL | |
配置方法:先SDS在1M Tris·Hcl中溶解,等待SDS溶解后加入其余物質(zhì)。
2、實(shí)驗(yàn)步驟
將待測(cè)蛋白樣品與5×loading buffer按照4:1的比例混合,100℃煮沸10min。
3、原理
蛋白樣品制備的核心目標(biāo)是:將復(fù)雜的蛋白質(zhì)混合物變性、還原和溶解,使其成為均一的、帶強(qiáng)負(fù)電荷的線(xiàn)性分子,從而確保其在后續(xù)電泳中的遷移率僅與分子量相關(guān)。這個(gè)過(guò)程主要依賴(lài)于上樣緩沖液的作用,其各個(gè)成分分工明確:
a.SDS - “破壞者”與“充電器”
1)破壞結(jié)構(gòu):作為強(qiáng)陰離子去垢劑,SDS能破壞蛋白質(zhì)分子的氫鍵和疏水相互作用,摧毀其二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu),使蛋白質(zhì)去折疊。
2)均勻電荷:SDS會(huì)與蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域結(jié)合,大約每克蛋白質(zhì)結(jié)合1.4g SDS。形成的“蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物”攜帶了大量的負(fù)電荷,掩蓋了蛋白質(zhì)自身所帶的電荷差異。這使得所有蛋白質(zhì)的“電荷-質(zhì)量比”近乎相同。
b.還原劑 - “剪刀手”
切斷二硫鍵:常用的還原劑如β-巰基乙醇 或二硫蘇糖醇,能夠斷裂蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的二硫鍵,將蛋白質(zhì)亞基分離開(kāi)來(lái),破壞其三級(jí)或四級(jí)結(jié)構(gòu)。
c.加熱 - “加速器”
促進(jìn)反應(yīng):100℃煮沸5-10分鐘 為SDS和還原劑的作用提供能量,極大地加速蛋白質(zhì)的變性和還原過(guò)程,確保所有蛋白質(zhì)分子快速地線(xiàn)性化。
d.上樣緩沖液中的其他輔助成分
1)甘油:增加樣品密度,使樣品在點(diǎn)樣時(shí)能沉入加樣孔底部,防止飄散。
2)溴酚藍(lán):一種小分子染料,作為電泳前沿的指示劑,讓我們可以直觀地觀察電泳進(jìn)程。
3)Tris-HCl緩沖液:提供穩(wěn)定的pH環(huán)境(通常為pH 6.8),確保反應(yīng)在最佳條件下進(jìn)行。
4、關(guān)鍵注意事項(xiàng)
1)樣品與上樣緩沖液的比例
黃金比例:通常使用 4:1 的比例混合樣品和 5×Loading Buffer。務(wù)必計(jì)算準(zhǔn)確并充分混勻,確保最終濃度為 1×。濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致條帶扭曲,過(guò)低則蛋白可能變性不完整。
2)防止蒸發(fā):如果使用PCR管或離心管,建議在加熱前短暫離心,將液體收集到管底,并蓋上管蓋,以防止樣品蒸發(fā)濃縮,甚至燒干。
3)冷卻后離心:煮沸后,務(wù)必在點(diǎn)樣前進(jìn)行短暫離心(例如,10,000-12,000 rpm,1分鐘),將管壁和蓋上的冷凝水珠離下,并收集所有樣品,確保點(diǎn)樣量的準(zhǔn)確性。
4)還原劑的穩(wěn)定性
β-巰基乙醇易氧化:它很容易被空氣氧化而失效。務(wù)必密封保存,并定期更換新試劑。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果變差,這是首要排查對(duì)象。
5)樣品的處理與保存
避免反復(fù)凍融:制備好的蛋白樣品應(yīng)在 -20℃ 或 -80℃ 長(zhǎng)期保存。為避免蛋白降解,建議分裝成小份凍存,每個(gè)小份只使用一次。
6)使用前處理:從冰箱取出的凍存樣品,應(yīng)在室溫或37℃水浴中溶解并混勻,然后短暫離心后再點(diǎn)樣。直接點(diǎn)樣凍存樣品可能導(dǎo)致濃度不準(zhǔn)和條帶不均一。
二、濃縮膠與分離膠的制備
1、試劑準(zhǔn)備
①30%丙烯酰胺溶液
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
丙烯酰胺 | 29 |
N-N甲叉雙丙烯酰胺 | 1 |
水 | 補(bǔ)足至100mL |
②10%SDS溶液
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
SDS | 10 |
水 | 補(bǔ)足至100mL |
③10%過(guò)硫酸銨溶液
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
SDS | 10 |
水 | 補(bǔ)足至100mL |
④1.0M Tris(pH6.8)
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
Tris | 121 |
先加900mL水,pH調(diào)整至6.8 | |
水 | 補(bǔ)足至1000mL |
⑤1.5M Tris(pH8.8)
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
SDS | 181 |
先加900mL水,pH調(diào)整至8.8 | |
水 | 補(bǔ)足至1000mL |
2、濃縮膠與分離膠的配置
目標(biāo)蛋白分子量(kDa) | 推薦分離膠濃度(%) |
50-150 | 6 |
30-90 | 8 |
20-80 | 10 |
12-60 | 12 |
10-40 | 15 |
6%分離膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 2.6 | 5.3 | 7.9 | 10.6 | 13.2 | 15.9 |
30%丙烯酰胺 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
TEMED | 0.004 | 0.008 | 0.012 | 0.016 | 0.02 | 0.024 |
總凝膠體積 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
8%分離膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 2.3 | 4.6 | 6.9 | 9.3 | 11.5 | 13.9 |
30%丙烯酰胺 | 1.3 | 2.7 | 4.0 | 5.3 | 6.7 | 8.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
TEMED | 0.003 | 0.006 | 0.009 | 0.012 | 0.015 | 0.018 |
總凝膠體積 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
10%分離膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 1.9 | 4.0 | 5.9 | 7.9 | 9.9 | 11.9 |
30%丙烯酰胺 | 1.7 | 3.3 | 5.0 | 6.7 | 8.3 | 10.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
TEMED | 0.002 | 0.004 | 0.006 | 0.008 | 0.01 | 0.012 |
總凝膠體積 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
12%分離膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 1.6 | 3.3 | 4.9 | 6.6 | 8.2 | 9.9 |
30%丙烯酰胺 | 2.0 | 4.0 | 6.0 | 8.0 | 10.0 | 12.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
TEMED | 0.002 | 0.004 | 0.006 | 0.008 | 0.01 | 0.012 |
總凝膠體積 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
15%分離膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 1.1 | 2.3 | 3.4 | 4.6 | 5.7 | 6.9 |
30%丙烯酰胺 | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 10.0 | 12.5 | 15.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.25 | 0.3 |
TEMED | 0.002 | 0.004 | 0.006 | 0.008 | 0.01 | 0.012 |
總凝膠體積 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
5%濃縮膠 | ||||||
成分 | 成分(mL) | |||||
蒸餾水 | 0.68 | 1.4 | 2.1 | 2.7 | 3.4 | 4.1 |
30%丙烯酰胺 | 0.17 | 0.33 | 0.5 | 0.67 | 0.83 | 1.0 |
1.5M Tris(pH8.8) | 1.3 | 2.5 | 3.8 | 5.0 | 6.3 | 7.5 |
10%SDS | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.06 |
10%過(guò)硫酸銨 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.06 |
TEMED | 0.001 | 0.002 | 0.003 | 0.004 | 0.005 | 0.006 |
總凝膠體積 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
3、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)檢漏:取兩個(gè)干凈的玻璃板(一個(gè)短板-帶凹槽,一個(gè)長(zhǎng)板),將兩塊板對(duì)齊,放在制膠架上,并固定卡緊,兩側(cè)一致,然后在兩側(cè)玻璃板間加水后靜置10min,查看是否漏夜。如果不漏液,把水倒掉,如果漏液,重新組裝,繼續(xù)檢漏。
(2)制膠:根據(jù)蛋白分子量選擇合適的分離膠,按照配方進(jìn)行配膠,除TEMED外的所有成分加入后,混勻,在灌膠前再加入TEMED。
(3)灌膠:將配制的下層膠灌入兩塊玻璃板之間,高度可以用梳子定位,大概是梳子下面1cm即可。輕輕晃動(dòng),使頁(yè)面水平,用水封膠,待下層膠凝固后把水倒掉,繼續(xù)配制上層膠,同樣,混勻,灌膠,插梳子,注意避免氣泡的產(chǎn)生,待膠凝固后,拔出梳子,放置待用。
4、原理:為什么不連續(xù)系統(tǒng)如此高效?
不連續(xù)系統(tǒng)之所以比單一膠(連續(xù)系統(tǒng))高效,在于它通過(guò)兩層不同pH值和孔徑的凝膠,巧妙地實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)的 “先濃縮,后分離”。
1)分離膠 - “分子篩”
作用:基于分子量大小分離蛋白質(zhì)。
原理:pH環(huán)境:高pH(~8.8)的Tris-HCl緩沖液。
凝膠濃度:較高(通常6%-15%),孔徑小,形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
工作機(jī)制:當(dāng)線(xiàn)性化的SDS-蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)入分離膠時(shí),小分子蛋白質(zhì)更容易通過(guò)凝膠網(wǎng)絡(luò),跑得快;大分子蛋白質(zhì)受到更大的阻力,跑得慢。這種“分子篩效應(yīng)”使得蛋白質(zhì)按其分子量大小被分離開(kāi)。
2)濃縮膠 - “壓縮器”
作用:在進(jìn)入分離膠之前,將稀薄的蛋白質(zhì)樣品壓縮成一條極窄的起始區(qū)帶。
原理:這是整個(gè)設(shè)計(jì)的精華,依賴(lài)于三種不連續(xù)性:
a.凝膠孔徑不連續(xù)性:濃縮膠濃度低(通常5%),孔徑大,對(duì)蛋白質(zhì)幾乎沒(méi)有阻力。這為蛋白質(zhì)的快速堆積提供了物理空間。
b.pH不連續(xù)性:濃縮膠的pH為~6.8。
c.離子不連續(xù)性:系統(tǒng)中的三種離子是關(guān)鍵:
• Cl? (來(lái)自凝膠中的Tris-HCl):遷移速率最快,稱(chēng)為 “前導(dǎo)離子”。
• 甘氨酸根離子 (來(lái)自電泳緩沖液):在濃縮膠的pH 6.8環(huán)境下,甘氨酸(pI~6.0)僅有少量電離,遷移速率最慢,稱(chēng)為 “尾隨離子”。
• 蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物:攜帶大量負(fù)電荷,遷移速率介于兩者之間。
濃縮過(guò)程的動(dòng)態(tài)演繹:
通電后,快離子(Cl?)迅速向前移動(dòng),離開(kāi)了它原本所在的區(qū)域。
慢離子(甘氨酸根)在后面緩慢移動(dòng),導(dǎo)致快慢離子之間形成了一個(gè) 低離子強(qiáng)度、高電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域。
在這個(gè)高電場(chǎng)區(qū)域中,所有帶負(fù)電的顆粒(包括蛋白質(zhì))都會(huì)被迫加速移動(dòng)。
然而,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)加速追上快離子(Cl?)區(qū)域時(shí),那里的電場(chǎng)強(qiáng)度恢復(fù)正常,蛋白質(zhì)速度立刻慢下來(lái)。
結(jié)果就是,所有的蛋白質(zhì)分子被“夾在”快慢離子之間,不斷地被壓縮、堆積,直到它們進(jìn)入分離膠界面,形成一個(gè)極其狹窄的區(qū)帶。
3)界面效應(yīng) - “角色轉(zhuǎn)換”
當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)和甘氨酸根離子到達(dá)濃縮膠與分離膠的界面時(shí),環(huán)境pH突然從6.8變?yōu)?/span>8.8。甘氨酸在此pH下大量電離,遷移率急劇增加,迅速跑超所有蛋白質(zhì),緊跟著Cl?向前移動(dòng)。
后果:高電場(chǎng)區(qū)域消失,所有的蛋白質(zhì)分子在分離膠的同一“起跑線(xiàn)”上,開(kāi)始純粹基于分子量進(jìn)行分離。
5、關(guān)鍵注意事項(xiàng)
制備凝膠是SDS-PAGE中最需要技巧和耐心的環(huán)節(jié),任何疏忽都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。
1)凝膠濃度的選擇
根據(jù)目標(biāo)蛋白分子量選擇:低濃度膠(如8%)利于分離大分子蛋白,但小分子蛋白可能會(huì)跑出膠;高濃度膠(如15%)利于分離小分子蛋白,但大分子蛋白可能無(wú)法進(jìn)入分離膠。
不確定時(shí):使用 10%或12% 的分離膠是一個(gè)普適性較好的選擇。
2)配膠操作
a.TEMED 對(duì)空氣敏感,應(yīng)密封保存。
b.過(guò)硫酸銨溶液最好現(xiàn)用現(xiàn)配,或小分裝于-20℃保存,因?yàn)樗谒芤褐袝?huì)迅速降解失效。
c.加入順序:應(yīng)最后加入這兩者,一旦加入,需快速混勻并立即灌膠,否則會(huì)開(kāi)始在管內(nèi)聚合。
d.混勻:輕柔但地混勻,避免引入過(guò)多氣泡。
e.水封:灌完分離膠后,必須立即用無(wú)水乙醇或異丙醇封頂。這可以隔絕空氣(氧氣會(huì)抑制聚合),并壓平膠面。傾斜制膠架使其成斜面,緩慢加入,可以形成更平整的界面。
3)聚合控制
聚合時(shí)間:分離膠通常在15-30分鐘內(nèi)聚合。如果聚合過(guò)快(<5分鐘),可能是TEMED/AP過(guò)量,會(huì)導(dǎo)致凝膠過(guò)硬、易碎;如果聚合過(guò)慢(>30分鐘),可能是TEMED/AP失效或量不足,或室溫過(guò)低。
聚合判斷:在醇封層和凝膠之間會(huì)出現(xiàn)一條清晰的折射線(xiàn),這表明凝膠已聚合。
4)濃縮膠制備
倒掉封層液:在灌濃縮膠前,必須倒掉分離膠上的醇封層,并用濾紙吸干殘留液體,否則會(huì)影響濃縮膠的聚合和界面形狀。
插梳子:
梳子需保持 絕對(duì)水平,否則加樣孔深度不一。
緩慢傾斜插入,以最大限度避免氣泡。如果產(chǎn)生氣泡,可輕輕拔起梳子,重新插入,或用電泳液沖洗孔道將其趕出。
拔梳子:聚合完成后, 輕柔地、垂直向上 拔出梳子。拔得太快或太歪可能撕裂加樣孔底部,導(dǎo)致點(diǎn)樣時(shí)漏液。
5)檢漏
這是絕對(duì)不能省略的步驟!組裝好玻璃板后,加水檢漏10分鐘,確保制膠架和玻璃板密封良好。否則灌膠后會(huì)發(fā)生泄漏,浪費(fèi)試劑和時(shí)間。
6)安全須知
丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺是神經(jīng)毒性物質(zhì),可通過(guò)皮膚吸收。配制母液和操作時(shí)務(wù)必佩戴手套,并在通風(fēng)櫥內(nèi)稱(chēng)量粉末。
三、凝膠電泳
1、試劑準(zhǔn)備
10×running buffer
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) |
Tris | 30.28 |
SDS | 10 |
甘氨酸 | 144 |
水 | 補(bǔ)足至1000mL |
使用方法:使用時(shí),取100mL 10×running buffer,加水定容至1000mL,即1×running buffer。
2、實(shí)驗(yàn)步驟:
(1)點(diǎn)樣:在電泳槽中加入電泳液,沒(méi)過(guò)凝膠,用移液器將蛋白樣品和Marker依次加入凝膠孔中,樣品每孔可加入20-30μL(總蛋白量20-100μg),Marker可加入5μL預(yù)染Marker,記錄順序。
(2)電泳:蓋上上蓋和導(dǎo)線(xiàn),設(shè)定電壓電流開(kāi)始電泳,待溴酚藍(lán)到達(dá)電泳槽底部,停止電泳,約1h。一般濃縮膠電壓為80V,等待溴酚藍(lán)進(jìn)入分離膠后,調(diào)整電壓至120V,直至溴酚藍(lán)到達(dá)凝膠底部。注意正負(fù)極連接正確。
3、原理
1)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與電荷效應(yīng)
a.動(dòng)力來(lái)源:在電泳槽兩側(cè)施加直流電壓,形成一個(gè)恒定的電場(chǎng)。
b.遷移方向:由于蛋白質(zhì)在SDS處理后攜帶大量負(fù)電荷,它們會(huì)從負(fù)極(陰極,通常為黑色插頭)向正極(陽(yáng)極,通常為紅色插頭)遷移。
c.統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)力:所有蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物具有大致相同的“電荷-質(zhì)量比”,因此它們?cè)陔妶?chǎng)中受到的初始驅(qū)動(dòng)力是相同的。
2)指示劑 - 溴酚藍(lán)
溴酚藍(lán)是一個(gè)小分子染料,它也結(jié)合SDS帶上負(fù)電。
它在凝膠中的遷移速率比絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都快,因此可以作為 “電泳前沿”。
當(dāng)溴酚藍(lán)遷移到凝膠底部時(shí),表明電泳即將結(jié)束,此時(shí)大部分蛋白質(zhì)(分子量通常>10 kDa)已在凝膠中得到了充分分離。
4、關(guān)鍵注意事項(xiàng)
1)電泳緩沖液
a.正確稀釋?zhuān)罕仨毷褂?/span> 1× 的工作濃度。10×儲(chǔ)存液需準(zhǔn)確稀釋?zhuān)瑵舛冗^(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)熱過(guò)多,過(guò)低則導(dǎo)電性差、遷移慢且條帶擴(kuò)散。
b.重復(fù)使用:電泳緩沖液可以重復(fù)使用2-3次,但次數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致離子強(qiáng)度下降、pH變化,影響結(jié)果穩(wěn)定性。如果發(fā)現(xiàn)條帶異?;螂娪緯r(shí)間顯著延長(zhǎng),應(yīng)更換新緩沖液。
2)點(diǎn)樣
a.記錄順序:點(diǎn)樣前務(wù)必在實(shí)驗(yàn)記錄本上畫(huà)好點(diǎn)樣順序圖,并在凝膠上做好標(biāo)記(如切掉一角),防止混淆。
b.輕柔準(zhǔn)確:將槍頭伸入加樣孔底部,緩慢、平穩(wěn)地將樣品推出。動(dòng)作太快或太深會(huì)刺破膠孔底部,或?qū)悠窙_入相鄰孔道,導(dǎo)致交叉污染。
c.空白孔處理:如果有未使用的加樣孔,應(yīng)加入等體積的 1×Loading Buffer 以防止鄰近條帶擴(kuò)散。
3)電泳參數(shù)設(shè)置
a.電壓選擇:一般采用恒壓模式。
b.濃縮膠階段(80V):低電壓可以使蛋白質(zhì)在濃縮膠中緩慢、充分地堆積,形成銳利的條帶。電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致堆疊不充分,條帶變寬。
c.分離膠階段(120V-150V):進(jìn)入分離膠后,可提高電壓以縮短時(shí)間。但電壓并非越高越好,過(guò)高的電壓會(huì)導(dǎo)致:
d.產(chǎn)熱過(guò)多:玻璃板燙手,熱量會(huì)使蛋白質(zhì)變性、條帶出現(xiàn)“微笑”效應(yīng)(中間快兩邊慢)。
e.條帶擴(kuò)散:遷移過(guò)快,分子篩效應(yīng)不充分,分離效果差。
f.冷卻:如果實(shí)驗(yàn)室條件允許,在電泳槽周?chē)胖帽谢蚴褂美鋮s循環(huán)水裝置,可以有效地散熱,允許使用稍高的電壓同時(shí)獲得更好的結(jié)果。
4)電泳進(jìn)程監(jiān)控
a.觀察染料:密切關(guān)注溴酚藍(lán)的位置。當(dāng)其跑至凝膠底部約0.5-1cm時(shí),即可停止電泳。
b.防止跑過(guò)頭:如果小分子蛋白是目標(biāo),需在溴酚藍(lán)流出凝膠前停止,否則目標(biāo)蛋白可能已丟失。
c.觀察Marker:如果使用預(yù)染Marker,可以直觀地看到不同分子量蛋白的分離情況,便于控制電泳時(shí)間。
5)安全操作
a.連接電極:務(wù)必確保紅對(duì)紅,黑對(duì)黑(正極對(duì)正極,負(fù)極對(duì)負(fù)極)。接反會(huì)導(dǎo)致樣品向反方向跑出凝膠,實(shí)驗(yàn)失敗。
b.防止觸電:在連接或拆卸導(dǎo)線(xiàn)、打開(kāi)電泳槽蓋前,務(wù)必關(guān)閉電源。電泳液是導(dǎo)電的,操作不慎有觸電風(fēng)險(xiǎn)。
c.檢查漏液:組裝電泳槽后,確保內(nèi)槽和外槽都加入了足夠的緩沖液,并且沒(méi)有漏液現(xiàn)象。
四、染色與脫色
1、試劑準(zhǔn)備
①染色液
名稱(chēng) | 質(zhì)量(g) | 體積(mL) |
考馬斯亮藍(lán)G250 | 2.5 | - |
甲醇 | - | 500 |
冰醋酸 | - | 100 |
水 | 補(bǔ)足至1000mL | |
②脫色液
名稱(chēng) | 體積(mL) |
甲醇 | 100 |
冰醋酸 | 100 |
水 | 補(bǔ)足至1000mL |
2、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)染色:將制膠板取下,割去濃縮膠,將分離膠輕輕放入染色槽中染色,染色大概20-30min。
(2)脫色:染色完成后,回收染色液,用純凈水沖洗凝膠2-3次,然后放入脫色槽中,加入脫色液進(jìn)行脫色,直到?jīng)]有背景色為止。
這個(gè)過(guò)程的核心是讓蛋白質(zhì)條帶顯色,并通過(guò)去除背景色來(lái)增強(qiáng)對(duì)比度。傳統(tǒng)的方法是考馬斯亮藍(lán)染色法。
3、原理
1)染色原理 - “特異性結(jié)合”
a.染料:考馬斯亮藍(lán) G-250 或 R-250 是常用的染料。它們是一種有機(jī)化合物,本身在酸性條件下呈棕紅色。
b.結(jié)合機(jī)制:
范德華力與疏水作用:在酸性甲醇/乙酸環(huán)境中,考馬斯亮藍(lán)染料上的疏水部分會(huì)與蛋白質(zhì)的疏水區(qū)相結(jié)合。
靜電引力:染料分子上的磺酸基團(tuán)帶負(fù)電,會(huì)與蛋白質(zhì)氨基酸殘基(如精氨酸、賴(lài)氨酸、組氨酸等)上帶正電的基團(tuán)發(fā)生靜電吸引。
c.顏色轉(zhuǎn)變:當(dāng)染料與蛋白質(zhì)結(jié)合后,其最大吸收峰會(huì)發(fā)生位移,從棕紅色變?yōu)樗{(lán)色。這種結(jié)合是化學(xué)計(jì)量的,即在一定的濃度范圍內(nèi),結(jié)合的染料量與蛋白質(zhì)的量成正比,這就是半定量分析的基礎(chǔ)。
d.簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),染色就是將藍(lán)色的染料“刷”在凝膠上,染料會(huì)特異性地“粘”在蛋白質(zhì)條帶上,而不會(huì)“粘”在空的凝膠上。
2)脫色原理 - “解離與擴(kuò)散”
a.目的:去除背景中非特異性吸附在凝膠空白處的染料,使藍(lán)色的蛋白質(zhì)條帶在透明的背景下清晰地顯現(xiàn)出來(lái)。
b.甲醇:作為固定劑,能防止蛋白質(zhì)在脫色過(guò)程中從凝膠中擴(kuò)散出去,同時(shí)也能幫助溶解和洗脫未結(jié)合的染料。
c.冰醋酸:提供酸性環(huán)境,維持染料與蛋白質(zhì)結(jié)合的穩(wěn)定性(確保條帶不褪色),同時(shí)也能幫助溶解和洗脫游離染料。
d.水:作為溶劑,通過(guò)濃度差促進(jìn)染料從凝膠內(nèi)部向外部溶液擴(kuò)散。
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