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聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質

一、 
目的 
1、掌握聚丙烯酰胺凝膠電泳技術; 2、掌握同工酶遺傳標記的分析方法。 二、 
原理 
聚丙烯酰胺凝膠電泳簡稱為PAGE(Polyacrylamide  gel  electrophoresis),是以聚丙烯酰胺凝膠為作為支持介質的一種常見電泳技術。聚丙烯酰胺凝膠由單體丙烯酰胺(Acr)和甲叉雙丙烯酰胺聚合而成,聚合過程由自由基催化完成。催化聚合的常用方法有兩種:化學聚合法和光聚合法。化學聚合法以過硫酸銨(AP)為催化劑,以四甲基乙二胺(TEMED)為加速器。在聚合過程中,TEMED催化過硫酸銨產生自由基,后者引發丙烯酰胺單體聚合,同時甲叉雙丙烯酰胺與丙烯酰胺鏈間產生甲叉鍵交聯,從而形成三維網狀結構。  由于同工酶的酶蛋白分子的大小和結構不同,攜帶的電荷種類和數量不同,所以可用凝膠電泳將它們一一分開。在適宜酶催化反映的條件下提供酶作用的底物,再利用特殊的顯色反應以顯示產物的形成或底物的消失,就可以看到經電泳分離后的同工酶譜帶。同工酶的鑒定過程通常如下: 
1、從植物樣品中提取粗酶液; 
2、聚丙烯酰胺凝膠電泳把樣品中酶帶分開; 
  用專一作用底物和特殊染料把需要分析的酶染色,顯示同工酶譜。 
同工酶技術是通過電泳和組織化學方法進行特異性染色而把酶蛋白分子分離,并將其位置和活性直接在染色區帶以酶譜的形式標記出來。分離同工酶的方法有:電泳法、層析法、酶學法和免疫學其中以電泳法**為普遍,電泳法中又以垂直平板聚丙烯酰胺凝膠電泳分辨率為**好。聚丙烯酰胺凝膠電泳有三種物理效應:1、樣品的濃縮效應;2、凝膠的分子篩效應;3、一般的電泳分離的電荷效應。 三、 
儀器、設備、藥品及材料 
儀器、設備:電泳儀電泳槽、離心機、移液管、裝凝膠用的玻璃管(內徑為5mm、長度為90mm)。
藥品:三羥甲基氨基甲烷(Tris)、四甲基乙二胺(TEMED)、丙烯酰胺(Acr)、價差雙丙烯酰胺(Bir)、甘氨酸、過硫酸銨(AP)、蔗糖、溴酚藍、聯苯胺、過氧化氫。 
材料:雞爪菜(棒菜)和紅莧葉片和其他植物的葉片。 四、 
內容 
1、樣品的提取 
不同品種或種間的植物,取發育時期相同,組織相同的樣品,制備酶粗提液。一般取樣0.5g,或在恒溫條件下發芽的幼苗3~5個,置于研缽中,加入0.1~0.5ml水研磨勻漿、后將樣品移**小離心管中離心(3000rpm)15min,取上清液,混入等體積的50%的蔗糖溶液,電泳前可在冰箱中保存。 2、聚丙烯酰胺凝膠系統的配制 
A液:1mol/l Hcl 48.0 ml,Tris 36.4 克 ,TEMED 0.23 ml加水**100 ml pH 8.3。 B液:丙烯酰胺 28.0克 ;甲叉雙丙烯酰胺 0.735 克 加水**100 ml。 C液:過硫酸銨(用前配制)1.4 % 。 配膠:A:B:C:H2O = 1:2:0.4:4.6 配膠后立即灌好裝膠的玻璃管 3、點擊緩沖液配制 
Tris 30.0克;甘氨酸14.4克加水**1000毫升、pH 8.3、使用時稀釋10倍。 4、染色液配制——過氧化物酶染液 
醋酸聯苯胺溶液5毫升,3% H2O2 毫升,H2O 93 毫升。 5、加樣和電泳 
各根凝膠管加入0.05毫升的樣品酶粗提液0.05毫升。加一小微滴0.005%溴酚藍,上下電泳槽加電極緩沖液后在低于15攝氏度氣溫中,每管電流2mA進行電泳,當溴酚藍遷**凝膠下端0.5-1厘米是停止電泳。電泳時間3-4小時。 6、用長針頭注射器注水法自凝膠管中取出凝膠,凝膠要完整,不能斷裂。 7、染色:將完整的凝膠條置于中號試管中,加入染色液,浸入整條凝膠,室溫下染色20-30分鐘,呈現酶帶后取出凝膠,用水漂洗終止染色。 8、帶型清楚的膠應作攝影記錄或做掃描測定,膠晾干后還作**保存。 
五、 
數據記錄 
1、將各膠柱中酶帶條數、寬度、著色深淺和移動距離填入表中。 
3、選擇比較組分膠柱中、著色**深的酶帶或特殊酶帶(即該組分特有的酶帶),計算酶帶的相對遷移率Rf值 Rf=(某酶帶遷移距離)/(溴酚藍指示劑遷移距離)  六、 
結果討論及分析 
1、配制緩沖液系統對電泳的影響: 
在SDS-PAGE不連續電泳中,制膠緩沖液使用的是Tris-HCL緩沖系統,濃縮膠是PH6.7,分離膠PH8.9;而電泳緩沖液使用的Tris-甘氨酸緩沖系統。在濃縮膠中,其PH環境呈弱酸性,因此甘氨酸解離很少,其在電場的作用下,泳動效率低;而CL離子卻很高,兩者之間形成導電性較低的區帶,蛋白分子就介于二者之間泳動。由于導電性與電場強度成反比,這一區帶便形成了較高的電壓梯度,壓著蛋白質分子聚集到一起,濃縮為一狹窄的區帶。當樣品進入分離膠后,由于膠中PH的增加,呈堿性,甘氨酸大量解離,泳動速率增加,直接緊隨氯離子之后,同時由于分離膠孔徑的縮小,在電場作用下,蛋白分子根據其固有的帶電性和分子大小進行分離。 
所以,pH對整個反應體系的影響是**關重要的,實驗中在排除其他因素之后仍不能很好解決問題的情況,應首要考慮該因素。 2、樣品的處理: #p#分頁標題#e#
根據樣品分離目的不同,主要有三種處理方法: 
還原SDS處理、非還原SDS處理、帶有烷基化作用的還原SDS處理。    1)還原SDS處理:在上樣buffer中加入SDS和DTT(或Beta巰基乙醇)后,蛋白質構象被解離,電荷被中和,形成SDS與蛋白相結合的分子,在電泳中,只根據分子量來分離。一般電泳均按這種方式處理,樣品稀釋適當濃度,加入上樣Buffer,離心,沸水煮5min,再離心加樣。  
2)帶有烷基化作用的還原SDS處理:碘乙酸胺的烷基化作用可以很好的并經久牢固的保護SH基團,得到較窄的譜帶;另碘乙酸胺可捕集過量的DTT,而防止銀染時的紋理現象。100ul樣品緩沖液中10ul 20%的碘乙酸胺,并在室溫保溫30min。  
3)非還原SDS處理:生理體液、血清、尿素等樣品,一般只用1%SDS沸水中煮3min,未加還原劑,因而蛋白折疊未被破壞,不可作為測定分子量來使用。 
3、SDS-PAGE電泳凝膠中各主要成分的作用。 
聚丙烯酰胺的作用:丙烯酰胺與為蛋白質電泳提供載體,其凝固的好壞直接關系到電泳成功與否,與促凝劑及環境密切相關;  
制膠緩沖液:濃縮膠選擇pH6.7,分離膠選擇pH8.9,選擇tris-HCL系統,TEMED與AP:AP提供自由基,TEMED是催化劑,催化自由基引起的聚合反應進行;十二烷基磺酸鈉(SDS):陰離子去污劑,作用有四:去蛋白質電荷、解離蛋白質之間的氫鍵、取消蛋白分子內的疏水作用、去多肽折疊。 4、提高SDS-PAGE電泳分辨率的途徑.  
  聚丙烯酰胺的充分聚合,可提高凝膠的分辨率。建議做法:待凝膠在室溫凝固后,可在室溫下放置一段時間使用。忌即配即用或4度冰箱放置,前者易導致凝固不充分,后者可導致SDS結晶。一般凝膠可在室溫下保存4天,SDS可水解聚丙烯酰胺。  
  一般常用的有氨基黑、考馬斯亮藍、銀染色三種染料,不同染料又各自不同的染色方法,具體可參照郭堯君編著的《蛋白質電泳技術手冊》P82-103。  5.“ 微笑”(兩邊翹起中間凹下)形帶原因?  
  主要是由于凝膠的中間部分凝固不均勻所致,多出現于較厚的凝膠中。    處理辦法:待其充分凝固再作后續實驗。  6. “皺眉”(兩邊向下中間鼓起)形帶原因?    主要出現在蛋白質垂直電泳槽中,一般是兩板之間的底部間隙氣泡未排除干凈。  
  處理辦法:可在兩板間加入適量緩沖液,以排除氣泡。  7.帶出現拖尾現象可能原因。  
  主要是樣品融解效果不佳或分離膠濃度過大引起的。  
  處理辦法:加樣前離心;選擇適當的樣品緩沖液,加適量樣品促溶劑;電泳緩沖液時間過長,重新配制;降低凝膠濃度。    8. 為什么帶出現紋理現象?    主要是樣品不溶性顆粒引起的。  
  處理辦法:加樣前離心;加適量樣品促溶劑。    9. 什么是“鬼帶”,如何處理?  
  “鬼帶”就是在跑大分子構象復雜的蛋白質分子時,常會出現在泳道頂端(有時在濃縮膠中)的一些大分子未知條帶或加樣孔底部有沉淀,主要由于還原劑在加熱的過程中被氧化而失去活性,致使原來被解離的蛋白質分子重新折疊結合和亞基重新締合,聚合成大分子,其分子量要比目標條帶大,有時不能進入分離膠。但它卻于目標條帶有相同的免疫學活性,在WB反應中可見其能與目標條帶對應的抗體作用。  
  處理辦法:在加熱煮沸后,再添加適量的DTT或Beta巰基乙醇,以補充不足的還原劑;或可加適量EDTA來阻止還原劑的氧化。    10. 為什么溴酚藍不能起到指示作用?    我們在實驗中常會遇到溴酚藍已跑出板底,但蛋白質卻還未跑下來的現象。主要與緩沖液和分離膠的濃度有關。  
  處理辦法:更換正確pH值的Buffer;降低分離膠的濃度。    11. 為什么電泳的條帶很粗?  
  電泳中條帶很粗是常見的事,主要是未濃縮好的原因。  
  處理辦法:適當增加濃縮膠的長度;保證濃縮膠貯液的pH正確(6.7);適當降低電壓;  
  12. 為什么電泳電壓很高而電流卻很低呢?這種現象一般初學者易出現。比如電壓50v以上,可電流卻在5mA以下。主要是由于電泳槽沒有正確裝配,電流未形成通路。包括:a.內外槽裝反;b.外槽液過少;c.電泳槽底部的絕緣體未去掉(比如倒膠用的橡膠皮)。    處理辦法:電泳槽正確裝配即可。  
  13. 濃縮膠與分離膠斷裂、板間有氣泡對電泳有影響嗎?  
  這主要出現在初學者中,一般對電泳不會有太大的影響。前者主要原因是拔梳子用力不均勻或過猛所致;后者是由于在解除制膠的夾子后,板未壓緊而致空氣進入引起的。  
  14. 凝膠時間不對,或慢或快,怎么回事?  
  通常膠在30MIN-1H內凝。如果凝的太慢,可能是TEMED,APS劑量不夠或者失效。APS應該現配現用,TEMED不穩定,易被氧化成黃色。 如果凝的太快,可能是APS和TEMED用量過多,此時膠太硬易裂,電泳時易燒膠。    15. 電泳時間比正常要長?  #p#分頁標題#e#
  可能由于凝膠緩沖系統和電級緩沖系統地PH選擇錯誤,即緩沖系統地PH和被分離物質的等電點差別太小,或緩沖系統的離子強度太高。    16.分離膠加上后為什么要立即加水?  
加入分離膠后,立即覆一層雙蒸水,一是為了使分離膠界面保持水平,用水就可以把它壓平,使蛋白質分子跑時在同一水平線上;二是阻止空氣中的氧氣對凝膠聚合的抑制作用。

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