概述
電泳分離蛋白質是根據蛋白質在電場中的遷移的差別達到分離目的的。蛋白質樣品加到一塊預先制好的凝膠介質上,只要在凝膠的兩端加上電場,就可以達到分離蛋白質的目的,這樣的電泳稱之凝膠電泳(gelelectrophoresis)。凝膠可以是澱粉凝膠(starchgel)、瓊脂糖凝膠(agarosegel)和聚丙烯醯胺凝膠(polyacrylamidegel)。一般凝膠介質中的pH被維持在鹼性區,目的是使大多數蛋白質都帶有負電荷,這樣它們可以向陽極遷移。蛋白質的遷移與蛋白質的質量和帶電荷的多少有關,我們介紹其中常用的幾種主要的電泳技術。
SDS-聚丙烯醯胺凝膠電泳(SDS-polyacrylamidegelelectrophoresis,SDS-PAGE)在聚丙烯醯胺凝膠電泳的基礎上,人們又發展了十二烷基硫酸鈉-聚丙烯醯胺凝膠電泳。使用含有一種去污劑十二烷基硫酸鈉(sodiumdodecylsulfate,SDS)和還原劑(通常為巰基乙醇)的樣品處理液對蛋白質樣品進行處理(一般煮沸3~5分鐘),通過加熱和SDS可以使蛋白質變性,多亞基的蛋白質也將解離為單亞基。同時還原劑可以切斷蛋白質中的任何一個二硫鍵(使二硫鍵還原)。經過這樣處理的樣品中的肽鏈都是處於無二硫鍵連線的,分離的狀態。由於SDS是帶有負電荷的分子,同時它有一個長的疏水尾巴,SDS通過疏水尾巴與肽鏈中的胺基酸的疏水側鏈結合,結合SDS的比率大約是一個蛋白質分子中每兩個胺基酸殘基結合一分子的SDS,大的蛋白質按比率可以結合更多的SDS。所有結合SDS的蛋白質-SDS複合物的形狀近似於長的橢圓棒,它們的短軸是恆定的,而長軸與蛋白質分子量的大小成比例。電泳時SDS-蛋白質複合物在凝膠中的遷移率不再受蛋白質原有電荷和形狀的影響,而主要取決於蛋白質分子量。所以SDS-PAGE常用來分析蛋白質的純度和大致測定蛋白質的分子量。
操作過程
SDS-PAGE中,去污劑既要加到凝膠介質中,也要加到電極液中,以便維持處理過的蛋白質樣品的變性狀態。
在蛋白質樣品加到凝膠上後,接通電源,所有SDS-蛋白質複合物都向著陽極遷移(下圖)。由於它們通過凝膠的速率與它們分子量的對數成反比,大的蛋白質會遇到更多的阻力,因此它們遷移的速度比小的蛋白質慢,這實際上是一種分子篩效應。但這種分子篩效應不同於凝膠過濾層析中的分子篩效應。在凝膠過濾層析中,大分子被排出在凝膠的孔徑之外,因此移動很快;而在SDS-PAGE中,所有的分子都應穿過凝膠,很顯然大分子的遷移是最慢的。由此就造成了各種蛋白質的遷移率的不同,結果反應在電泳後的凝膠上。凝膠通過染色(常用的考馬斯亮藍染料)出現不同的蛋白帶。未知蛋白質的分子量(嚴格講應是多肽鏈的分子量)可以通過與同一塊凝膠上參考蛋白的遷移率相比較計算出來。在SDS-PAGE中,在一定的凝膠濃度下,蛋白質(實際上是多肽鏈)的分子量對數與多肽鏈的遷移率成線性關係,所以通過依據標準蛋白遷移率畫出的標準蛋白分子量對數對它們遷移率的標準曲線,根據未知蛋白遷移率就可從標準曲線上求出未知蛋白的分子量。
SDS-PAGE基本上是一種分析工具,但有時也可用於純化蛋白質。變性的蛋白質可以通過切下凝膠上的蛋白帶的方法從凝膠中回收,然後再通過電洗脫儀將凝膠中的蛋白洗脫到緩衝液中,再經過濃縮和除鹽,這樣製備的蛋白樣品可以用於蛋白質的結構分析或抗體的製備。
結構上的特點:
①聚丙烯醯胺的基本結構為丙烯醯胺單體構成的長鏈,鏈與鏈之間通過甲叉橋聯結在一起;
②鏈的縱橫交錯形成三維網狀結構,使凝膠具有分子篩的性質;
③網狀結構還能限制蛋白質等樣品的擴散運動,使凝膠具有抗對流的作用;④長鏈富含醯胺基團,使其成為穩定的親水凝膠;
⑤該結構不帶電荷,在電場中電滲現象極為微小。
凝膠的質量決定因素
(1)凝膠度:是指100mg凝膠溶液中含有單體(Acr)和交聯劑(Bis)的總克數,用T%表示。
(2)交聯度:是指凝膠溶液中,交聯劑占單體和交聯劑總量的百分數,用C%表示。一般濃縮膠的濃度為7.5%,分離膠的濃度為10%。
不連續PAGE的原理
第一、三個不連續性:
①凝膠孔徑的不連續;
②緩衝液離子組成及各層凝膠pH的不連續;
③在電場中形成的電位梯度的不連續。
第二、不連續系統中的三種物理效應:
①電荷效應:
②分子篩效應:
③濃縮效應: