生物大分子如蛋白質、核酸、多糖等大多都有陽離子和陰離子基團，稱為兩性離子。常以顆粒分散在溶液中，它們的淨電荷取決于介質的H 濃度或與其他大分子的相互作用。在電場中，帶電顆粒向陰極或陽極遷移，遷移的方向取決于它們帶電的符号，這種遷移現象即電泳。

一、蛋白質電泳基本原理介紹

以澱粉膠、瓊脂或瓊脂糖凝膠、聚丙烯酰胺凝膠等作為支持介質的區帶電泳法稱為凝膠電泳。聚丙烯酰胺凝膠電泳是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持物的一種電泳方法，人為控制聚丙烯酰胺凝膠聚合成孔徑的大小，通過類似分子篩的作用把蛋白質分開。它有兩種形式:非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳(Native-PAGE)和SDS-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)。

非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳(Native-PAGE)，在電泳的過程中，蛋白質能夠保持完整狀态，并依據蛋白質的分子量大小、蛋白質的形狀及其所附帶的電荷量而逐漸呈梯度分開。而SDS-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)僅根據蛋白質亞基分子量的不同就可以分開蛋白質。SDS是陰離子去污劑，作為變性劑和助溶試劑，它能斷裂分子内和分子間的氫鍵，使分子去折疊，破壞蛋白分子的二、三級結構。而強還原劑如巯基乙醇，二硫蘇糖醇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後，分子被解聚成多肽鍊，解聚後的氨基酸側鍊和SDS結合成蛋白- SDS膠束，所帶的負電荷大大超過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構差異。蛋白質的遷移率僅取決于蛋白質的分子質量的大小。與已知分子質量的标準品比較，可以測定蛋白質的分子質量。

二、聚丙烯酰胺凝膠電泳系統介紹

1、聚丙烯氨酰基質

電泳的早期形式，即在自由溶液中進行的移動界面電泳已成為曆史，代之以采用支持介質的區帶電泳現在被廣泛的使用。采用支持介質的目的是防止電泳過程中的對流和擴散，以使被分離的成分得到最大分辨率的分離。支持介質應具備以下特征：化學惰性，不幹擾大分子的電泳過程，化學穩定性好，均勻，重複性好等。固體支持介質可分為兩類：一類是如紙、醋酸纖維素膜、矽膠、纖維素等。另一類是如澱粉、瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠等。目前，第一類支持介質已逐漸被第二類支持介質所替代。其中，聚丙烯酰胺凝膠，由于它的高分辨率，已成為目前生化實驗室最常用的支持介質。

聚丙烯酰胺凝膠（polyacrylamide gel，PAG）是由單體丙烯酰胺（acrylamide，簡稱Acr）和交聯劑N,N'-甲叉雙丙烯酰胺（N,N'-methylenebisacrylamide）在催化劑和加速劑作用下聚合交聯而成的三維網狀結構的凝膠。一般用于蛋白質電泳的凝膠選用29:1的丙烯酰胺與N,N'-甲叉雙丙烯酰胺的混合物，以過硫酸铵作為引發劑進行聚合。

2、連續電泳和不連續電泳

連續電泳是指電泳系統使用相同孔徑的凝膠和相同緩沖系統的樣品緩沖液、凝膠緩沖液和電極緩沖液，且pH值恒定，隻是離子強度不同的區帶電泳。使用這種電泳系統分離蛋白質，由于分子篩效應不明顯，一般隻用于分離組分比較簡單的樣品，且沒有堆積膠的濃縮作用，分辨率較低，加樣時必須加成一條極窄的帶，以使樣品能夠很好的分離。如果高分辨率不是目的，用這種方法制膠快而簡單。它的另一個優點是在均一系統的電泳中，pH是恒定的，這對分離pH敏感的化合物是有利的。可以防止蛋白樣品進入凝膠後，由于pH的變化而發生凝聚和沉澱。

不連續電泳是指使用不同孔徑和不同緩沖系統的電泳。由于堆積膠的濃縮作用，可使樣品（即使是稀樣品）在濃縮膠和分離膠的界面上先濃縮成一窄帶，然後在一定濃度（或一定濃度梯度）的凝膠上進行分離。由于不同孔徑凝膠的分子篩作用，使不連續電泳的分辨率大大高于連續電泳。雖然不連續電泳在緩沖系統的選擇和制膠（尤其是梯度膠）的操作方面比較繁雜，但它可以得到電泳分離最重要的指标——高分辨率，因而是目前應用最廣泛的技術。

3、濃縮膠和分離膠

凝膠由兩種不同的凝膠層組成，上層為濃縮膠，下層為分離膠。濃縮膠（concentrating gel）又稱堆積膠（stacking gel），凝膠濃度相對較小，孔徑相對較大。把樣品加在濃縮膠上，經過大孔徑凝膠的遷移作用而被濃縮至一個狹窄的區帶。分離膠（separation gel, resolving gel）又稱電泳膠（running gel）,孔徑通常較小，通過選擇合适的凝膠濃度，使樣品組分得以很好的分離。分離膠又可分為固定膠和梯度膠。

其作用原理如下， 以Tris-甘氨酸系統為例，濃縮膠pH6.7,分離膠pH8.9。在濃縮膠中HCL幾乎全部解離為CL-，但隻有極少部分甘氨酸解離為H2NCH2COO-。蛋白質的等電點一般在pH5左右，在此條件下其解離度在HCL和甘氨酸之間。當電泳系統通電後，這3種離子都向陽極移動。其有效泳動率依次為CL-＞蛋白質＞H2NCH2COO-，故CL-稱為先導離子，H2NCH2COO-稱為尾随離子。電泳開始後，由于先導離子的泳動速率最大，就會很快超過蛋白質，因此在先導離子後面，形成一個離子濃度低的區域，這時就有了較高的電位梯度。這種高電位梯度使後面蛋白質和尾随離子在先導離子後面加快移動。

當先導離子、蛋白質和尾随離子的泳動速率相同時，建立一種穩定狀态，這時在先導離子和尾随離子之間形成一個穩定而又不斷向正極移動的界面。當移動的界面到達濃縮膠和分離膠界面時，凝膠的pH明顯增加，尾随離子甘氨酸大量解離為負離子，泳動速率加快，很快超過蛋白質，高電壓梯度随即消失。同時，由于凝膠孔徑變小，使蛋白質分子的遷移率減小。于是，蛋白質分子在均一的電壓梯度和pH中泳動，并根據其固有的帶電性和分子大小進行分離。

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