电泳技术-昆明医科大学课件

1、电泳技术-昆明医科大学n电泳技术n(Electrophoresis Technology) 钟树荣（钟树荣（PhDPhD，副教授），副教授） 昆明昆明(kn mn(kn mn) )医科大学法医学院医科大学法医学院第一页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学一、电泳一、电泳(din yn)的的概念概念 电泳（electrophoresis）是指在电解质溶液中，带电颗粒在外加电场的作用下，以不同的速度向着与其电荷相反的电极移动的现象。 许多重要的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等都具有可电离基团，它们在某个特定的pH值下可以带正电荷或负电荷。利用(lyng)电泳现象对某些化学或生物物质

2、进行分离、分析或提纯的方法和技术叫电泳技术。第二页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学 COO- COO- COOH + H+ + H+ Pr Pr Pr + OH- + OH- NH2 NH3+ NH3+PHPI PH=PI PH4.0时，带净的负电荷。第四页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学2、带电颗粒在电场作用下所受的力：电场力 F = qE 阻力(zl) Ff = f q 带电(di din)颗粒所带的有效电荷； E 电场强度； 带电颗粒在电场中的迁移速度； f 平动摩擦系数 第五页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学F =FfqE = f 对于一个球形带电(di din)颗粒，服从

3、Stoke定律，即： f = 6 r r 为带电颗粒的表观液态动力学半径， 为介质粘滞系数。当电泳达到平衡时，带电颗粒(kl)匀速运动: = qE 6 r = qE f 带电(di din)颗粒在电场中的差速迁移是电泳分离的基础。第六页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学3.影响影响(yngxing)电泳速度的因素：电泳速度的因素：n样品本身：带电量，分子大小，形状样品本身：带电量，分子大小，形状n电场强度：电场强度：n缓冲液：成分，缓冲液：成分， pH ，离子强度，离子强度n支持介质的筛孔大小支持介质的筛孔大小 ： n支持介质：电渗作用支持介质：电渗作用(zuyng)，吸附作用，吸附作用(z

4、uyng)n电渗电渗 = qE f = qE 6 r 第七页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学三、电泳装置三、电泳装置Electrophoresis apparatus第八页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学)第九页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学n按支持介质种类不同分为：按支持介质种类不同分为：惰性介质惰性介质：起支持作用，减少起支持作用，减少(jinsho)对流，介质本对流，介质本身不参与电泳分离身不参与电泳分离 纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳、硅胶电泳、氢氧化铝电泳纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳、硅胶电泳、氢氧化铝电泳凝胶介质凝胶介质起支持作用，减少对流，介质本身参与起支持作用，减少对流，介

5、质本身参与电泳分离电泳分离琼脂糖凝胶电泳、淀粉凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳、淀粉凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳2. 按支持介质形状不同分为按支持介质形状不同分为: : 薄层电泳薄层电泳 、 板电泳板电泳 、 柱电泳柱电泳第十页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学3. 按电泳槽方向不同分为：按电泳槽方向不同分为： 水平电泳、垂直电泳水平电泳、垂直电泳4. 按用途不同分为：按用途不同分为： 分析电泳、分析电泳、 制备电泳制备电泳5. 按所用按所用(su yn)电压不同分为：电压不同分为： 低压电泳（低压电泳（100V500V ）、高压电泳（）、高压电泳（1000V5000V）6. 按按

6、分离原理分离原理不同分为：不同分为： 移动界面电泳（移动界面电泳（自由界面电泳）、区带电泳、等速电泳、自由界面电泳）、区带电泳、等速电泳、 等电聚焦电泳、免疫电泳等电聚焦电泳、免疫电泳 第十一页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学7. 按样品按样品(yngpn)(yngpn)是否经过还原剂处理分为：是否经过还原剂处理分为： 还原电泳、非还原电泳还原电泳、非还原电泳8. 按凝胶介质中是否加入变性剂分为：按凝胶介质中是否加入变性剂分为： 变性电泳、非变性电泳变性电泳、非变性电泳9. 按电泳系统的均一性分为：按电泳系统的均一性分为： 连续电泳、不连续电泳连续电泳、不连续电泳10. 按样品被分离时凝胶

7、介质的按样品被分离时凝胶介质的pHpH不同分为：不同分为： 酸性电泳酸性电泳（pH=4.3）、碱性电泳（、碱性电泳（pH=8.8）第十二页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学琼脂糖凝胶电泳(Agarose gel electrophorsis of DNA)第十三页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学一、琼脂糖凝胶电泳的特点一、琼脂糖凝胶电泳的特点(tdin)琼脂糖是从琼脂中提纯出来的，主要琼脂糖是从琼脂中提纯出来的，主要(zhyo)(zhyo)是由是由D D半乳糖和半乳糖和3,63,6脱水脱水L L半半乳糖连接而成的一种线性多糖。将琼脂糖悬浮于缓冲液，加热溶解，冷乳糖连接而成的一种线性多糖。

8、将琼脂糖悬浮于缓冲液，加热溶解，冷却后即成琼脂糖凝胶。该凝胶具有刚性的凝胶孔，凝胶孔径的大小决定却后即成琼脂糖凝胶。该凝胶具有刚性的凝胶孔，凝胶孔径的大小决定于琼脂糖的浓度于琼脂糖的浓度。 nDNA分子带负电荷，在外加电场作用下向正极泳动。分子带负电荷，在外加电场作用下向正极泳动。nDNA分子在琼脂糖凝胶中泳动时，有电荷效应与分子筛效应。不同分子在琼脂糖凝胶中泳动时，有电荷效应与分子筛效应。不同DNA的的分子量大小及构型不同，所带净电荷的多少不同分子量大小及构型不同，所带净电荷的多少不同,电泳时的泳动率就不同电泳时的泳动率就不同，从而分出不同的区带。，从而分出不同的区带。第十四页，共三十八页。

9、电泳技术-昆明医科大学n分子筛效应（Molecular sieve effect）：分子量或分子大小和形状不同的带电(di din)颗粒通过一定孔径的凝胶时，因受阻滞的程度不同而表现出不同的迁移率，这就是分子筛效应。分子量小，阻力小，移动快；分子量大，阻力大，移动慢。n电荷效应（Charge effect）：带电颗粒由于所带电荷量不同，而在电泳中表现出不同的迁移率，这就是电荷效应。第十五页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第十六页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学EB显带（EB banding）电泳(din yn)后EB染色EB加入(jir)凝胶中电泳经EB染色后，电泳(din yn)结果

10、在波长为254 nm的紫外灯下观察。注意 在分子量相当的情况下，DNA的电泳迁移率依次为：超螺旋环状DNA线状DNA缺口环状DNA第十七页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学 琼脂糖凝胶电泳由于其所分级分离的生物大分琼脂糖凝胶电泳由于其所分级分离的生物大分子比聚丙烯酰胺凝胶电泳大，因此适合于分离核酸子比聚丙烯酰胺凝胶电泳大，因此适合于分离核酸(h (h sun)sun)（DNADNA和和RNARNA）和蛋白。）和蛋白。 三、电泳三、电泳(din yn(din yn) )的应用的应用第十八页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学聚丙烯酰胺凝胶电泳(Polyacrylamide gel electr

11、ophorsis, PAGE)第十九页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学 聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺( (简称简称Acr)Acr)和交联剂和交联剂N,N-N,N-甲叉双丙烯酰胺甲叉双丙烯酰胺( (简称简称Bis)Bis)在加速剂在加速剂N N，N N，N N ，N N - -四甲四甲基乙二胺基乙二胺( (简称简称TEMED)TEMED)和催化剂过硫酸铵和催化剂过硫酸铵( (简称简称AP)AP)或核或核黄素黄素(V(VB2B2) )的作用下聚合交联成三维网状结构的凝胶。该的作用下聚合交联成三维网状结构的凝胶。该凝胶具有刚性的凝胶孔，凝胶孔径的大小凝胶具有刚性的

12、凝胶孔，凝胶孔径的大小(dxio)(dxio)主要决定主要决定于丙烯酰胺的浓度于丙烯酰胺的浓度。一、聚丙烯酰胺凝胶的特点一、聚丙烯酰胺凝胶的特点(tdin)(Poly propylene ethylene amines gel characteristics)化学(huxu)聚合光聚合 第二十页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学聚丙烯酰胺凝胶具有如下聚丙烯酰胺凝胶具有如下优点优点(the advantages of poly (the advantages of poly propylene ethylene amines gel)propylene ethylene amines gel)

13、：n一定浓度下，凝胶透明，有弹性，机械性能好一定浓度下，凝胶透明，有弹性，机械性能好n化学惰性好，在范围较大化学惰性好，在范围较大(jio d)(jio d)的的pHpH、温度和离子强度等条件、温度和离子强度等条件下稳定；几乎无电渗作用下稳定；几乎无电渗作用n由于可以制得高纯度的单体原料由于可以制得高纯度的单体原料 ，样品分离重复性较好，样品分离重复性较好n样品在凝胶中不易扩散，样品分离灵敏度高，可达样品在凝胶中不易扩散，样品分离灵敏度高，可达10106 6g gn容易制备出孔径范围很宽的凝胶，以适应不同的需要容易制备出孔径范围很宽的凝胶，以适应不同的需要n无紫外吸收，不染色就可以用于紫外波长

14、的凝胶扫描作定量分无紫外吸收，不染色就可以用于紫外波长的凝胶扫描作定量分析析 第二十一页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学凝胶浓度的选择(xunz)与被分离物质分子量密切相关第二十二页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第二十三页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第二十四页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学二、电泳二、电泳(din yn)的的原理原理1. 聚丙烯酰胺凝胶电泳（聚丙烯酰胺凝胶电泳（nativePAGE）生物大分子在生物大分子在聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺凝胶中泳动时，有电荷效应与分子筛效应。凝胶中泳动时，有电荷效应与分子筛效应。不同的核酸或蛋白质，它们的分子量大小及构型不同，所带净

15、电荷的多不同的核酸或蛋白质，它们的分子量大小及构型不同，所带净电荷的多少少(dusho)不同。电泳时的泳动率就不同，从而分出不同的区带。在电泳不同。电泳时的泳动率就不同，从而分出不同的区带。在电泳分离后能保持蛋白质和酶等生物大分子的生物活性。分离后能保持蛋白质和酶等生物大分子的生物活性。第二十五页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学n分子筛效应(Effect of molecular sieve)：分子量或分子大小和形状(xngzhun)不同的带电颗粒通过一定孔径的凝胶时，因受阻滞的程度不同而表现出不同的迁移率，这就是分子筛效应。分子量小，阻力小，移动快；分子量大，阻力大，移动慢。n电荷效应(

16、Effect of electric charge)：带电颗粒由于所带电荷量不同，而在电泳中表现出不同的迁移率，这就是电荷效应。第二十六页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学n4.染色n聚丙烯酰胺凝胶的常用染色方法有两种：n考马斯亮蓝染色法：n利用蛋白质染料结合的原理，灵敏度高，可以检测(jin c)低至810 ng的蛋白质。线性范围是20倍。但染料会对蛋白质进行修饰而影响质谱分析。n银染法：n银染是利用甲醛将银离子（Ag+）在蛋白质或者核酸上还原成黑色的单质银，来指示条带。银染的灵敏度比考马斯亮蓝染色高100倍，可以检测低至1 ng的蛋白质。线性范围是40倍。但对某些蛋白质染色效果差，且影响

17、其后的蛋白质测序和质谱分析。第二十七页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学聚丙烯凝胶电泳分析(fnx)蛋白质（考马斯亮蓝染色）第二十八页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学 聚丙烯凝胶电泳分析(fnx)核苷酸多态性（银染）第二十九页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学 常规的聚丙烯酰胺凝胶电泳适合于核苷酸多态性和蛋白质的分析、分常规的聚丙烯酰胺凝胶电泳适合于核苷酸多态性和蛋白质的分析、分离。离。 SDS-PAGE则常用于则常用于测定蛋白质的分子量和蛋白质的亚基数。目前测定蛋白质的分子量和蛋白质的亚基数。目前已发现有些蛋白质不能用已发现有些蛋白质不能用SDS-PAGE测定分子量。如电荷异常或构象测定分子量。如电荷异常或构象异常的蛋白质，带有较大辅基的蛋白质（某些异常的蛋白质，带有较大辅基的蛋白质（某些(mu xi)(mu xi)糖蛋白）以糖蛋白）以及一些结构蛋白，如胶原蛋白等。及一些结构蛋白，如胶原蛋白等。四、电泳四、电泳(din yn(din yn) )的应用的应用: :(Charge of the application)(Charge of the application)第三十页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第三十一页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第三十二页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第三十三页，共三十八页。电泳技术-昆明医科大学第三十四页，共三十