SDS-PAGE-聚丙烯酰胺凝胶电泳详解.ppt

SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳SDS-Polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE一、什么是一、什么是SDS？十二烷基硫酸钠（十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate,SDS)是一种阴离子去污剂。它在水溶液中以单体是一种阴离子去污剂。它在水溶液中以单体（monomer）和分子团（和分子团（micellae）的混合形的混合形式存在。式存在。SDS的作用的作用 破坏破坏蛋白质分子之间以及其他物质分子之蛋白质分子之间以及其他物质分子之间的间的非共价键非共价键，使蛋白质变性而改变原有的构象，保，使蛋白质变性而改变原有的构象，保证蛋白质分子与证蛋白质分子与SDS充分结合而形成带负电荷的充分结合而形成带负电荷的蛋白蛋白质质-SDS复合物复合物。二、二、SDS-PAGE的基本原理的基本原理（一）蛋白质分子的解聚（一）蛋白质分子的解聚 样品介质和聚丙烯酰胺中加入离子样品介质和聚丙烯酰胺中加入离子去污剂和强还原剂后，蛋白质亚基的电去污剂和强还原剂后，蛋白质亚基的电泳迁移率主要取决于泳迁移率主要取决于亚基分子量的大小亚基分子量的大小，而电荷因素可以被忽略。而电荷因素可以被忽略。1 1、SDSSDS 阴离子去污剂阴离子去污剂 变性剂变性剂 助溶性试剂助溶性试剂 断裂分子内和分子间的氢键断裂分子内和分子间的氢键 分子去折叠分子去折叠 破坏蛋白质分子的二级和三级结构破坏蛋白质分子的二级和三级结构2 2、强还原剂、强还原剂 巯基乙醇（巯基乙醇（-mercaptoethanal-mercaptoethanal）二硫苏糖醇（二硫苏糖醇（dithiothreitoldithiothreitol，DTTDTT）使半胱氨酸残基之间的使半胱氨酸残基之间的二硫键二硫键断裂。断裂。SDSSDS和还原剂的作用：和还原剂的作用：（1 1）分子被解聚分子被解聚或组成它们的多肽键或组成它们的多肽键（2 2）氨基酸侧链与）氨基酸侧链与SDSSDS充分结合充分结合形成形成带负带负 电荷的电荷的蛋白质蛋白质-SDSSDS胶束胶束。（3 3）蛋白质）蛋白质-SDSSDS胶束所带的负电荷大大超胶束所带的负电荷大大超 过了蛋白质分子原有的电荷量，过了蛋白质分子原有的电荷量，消除消除 了不同分子之间原有的了不同分子之间原有的电荷差异电荷差异。蛋白质蛋白质-SDSSDS胶束的特点胶束的特点（1 1）形状像一个长椭圆棒）形状像一个长椭圆棒（2 2）短轴对不同的蛋白质亚基）短轴对不同的蛋白质亚基-SDSSDS胶胶束基本上是相同的。束基本上是相同的。（3 3）长轴的长度长轴的长度则与亚基分子量的大则与亚基分子量的大小成正比。小成正比。胶束在胶束在SDS-PAGESDS-PAGE系统中的电泳迁系统中的电泳迁移率不再受蛋白质原有电荷的影响，而移率不再受蛋白质原有电荷的影响，而主要主要取决于椭圆棒的长轴长度取决于椭圆棒的长轴长度，即蛋白，即蛋白质或亚基分子量的大小。质或亚基分子量的大小。当蛋白质的分子量在当蛋白质的分子量在1515KDKD200KD200KD之间时，之间时，电泳迁移率与分子量的对数呈电泳迁移率与分子量的对数呈线性关系线性关系3 3、影响、影响SDSSDS电泳的关键因素电泳的关键因素（1 1）溶液中溶液中SDSSDS单体浓度（单体浓度（1mmol/L)1mmol/L)大多数蛋白质与大多数蛋白质与SDSSDS结合的重量比为结合的重量比为1 1：1.41.4（2 2）样品缓冲液的离子强度（不样品缓冲液的离子强度（不0.26)0.26)低离子强度低离子强度的溶液中，的溶液中，SDSSDS单体才具有较高的平衡单体才具有较高的平衡浓度。浓度。（3 3）二硫键是否完全被还原二硫键是否完全被还原 当二硫键被当二硫键被彻底还原彻底还原后，蛋白质分后，蛋白质分子才能子才能被解聚被解聚，SDSSDS才能定量地结合到才能定量地结合到亚基上而给出相对迁移率和分子量对数亚基上而给出相对迁移率和分子量对数的线性关系。的线性关系。（二）缓冲系统的选择（二）缓冲系统的选择 一般情况下，在被分析的蛋白质稳一般情况下，在被分析的蛋白质稳定的定的pHpH范围，凡范围，凡不与不与SDSSDS发生相互作用发生相互作用的缓冲液都可以使用，但缓冲液的选择的缓冲液都可以使用，但缓冲液的选择对蛋白质的分离和电泳的速度是非常关对蛋白质的分离和电泳的速度是非常关键的。键的。电泳缓冲液的种类：电泳缓冲液的种类：1 1、磷酸缓冲液、磷酸缓冲液2 2、Tris-Tris-醋酸钠缓冲系统醋酸钠缓冲系统3 3、咪唑缓冲液系统：、咪唑缓冲液系统：比磷酸缓冲系统的导电性低，电泳速比磷酸缓冲系统的导电性低，电泳速 度要比后者快一倍。度要比后者快一倍。4 4、尿素系统：、尿素系统：适用分子量低于适用分子量低于1515KDKD的蛋白样品。的蛋白样品。5 5、Tris-Tris-甘氨酸甘氨酸系统：系统：使用最多的缓冲液使用最多的缓冲液6 6、Tris-Tris-硼酸盐缓冲液：硼酸盐缓冲液：测定糖蛋白的分子量测定糖蛋白的分子量（三）凝胶浓度的选择（三）凝胶浓度的选择 由于由于SDSSDS电泳分离并不取决于蛋白电泳分离并不取决于蛋白质的电荷密度，只取决于分子解聚后质的电荷密度，只取决于分子解聚后SDS-SDS-蛋白质胶束的大小，因此凝胶浓度蛋白质胶束的大小，因此凝胶浓度的选择会直接影响分辨率。的选择会直接影响分辨率。不同分子量范围的蛋白质应选用不同分子量范围的蛋白质应选用不不同的凝胶浓度同的凝胶浓度.（四）分子量测定（四）分子量测定1 1、相对迁移率（、相对迁移率（RfRf）Rf Rf即用每个带的迁移距离除以溴酚蓝即用每个带的迁移距离除以溴酚蓝前沿的迁移距离得到的。前沿的迁移距离得到的。测量位置应在蛋白带的中央。测量位置应在蛋白带的中央。蛋白带迁移距离蛋白带迁移距离Rf=Rf=溴酚蓝迁移距离溴酚蓝迁移距离 蛋白带迁移距离蛋白带迁移距离 固定前的凝胶长度固定前的凝胶长度 Rf=Rf=X X 干燥后的凝胶长度干燥后的凝胶长度 溴酚蓝迁移距离溴酚蓝迁移距离2 2、作图、作图 以已知蛋白质分子量的常用对数值为纵坐以已知蛋白质分子量的常用对数值为纵坐标，标，RfRf为横坐标绘图为横坐标绘图3 3、通过测定未知蛋白质的、通过测定未知蛋白质的RfRf值，便可在标值，便可在标 准曲线上读出他的分子量准曲线上读出他的分子量三、去污剂的选择三、去污剂的选择无离子去污剂：无离子去污剂：Lubro WLubro W；Brij35Brij35，Tween Tween Triton Triton阳离子去污剂：阳离子去污剂：cetyltrimethyl ammonium cetyltrimethyl ammonium bromide bromide（CTABCTAB）cetylpyyridinium cetylpyyridinium（CPCCPC）阴离子去污剂：阴离子去污剂：SDS deoxycholateSDS deoxycholate四、方法四、方法1 1、分类、分类（1 1）根据对样品的处理方式的不同）根据对样品的处理方式的不同 还原还原SDSSDS电泳电泳 非还原非还原SDSSDS电泳电泳 带有烷基化作用的还原带有烷基化作用的还原SDSSDS电泳电泳（2 2）根据缓冲系统和凝胶孔径的不同）根据缓冲系统和凝胶孔径的不同 连续电泳连续电泳 不连续电泳不连续电泳（3 3）根据电泳的形式）根据电泳的形式 圆盘电泳圆盘电泳 垂直电泳垂直电泳 平板电泳平板电泳 水平电泳水平电泳2 2、操作、操作（1 1）制备分离胶制备分离胶（2 2）制备积层胶制备积层胶(堆积胶）堆积胶）E分离胶聚合之后分离胶聚合之后（3 3）加样品加样品样品的处理样品的处理 在蛋白溶液中加入过量的在蛋白溶液中加入过量的SDSSDS后，可引起以下的反应：后，可引起以下的反应：蛋白质蛋白质本身的电荷被屏蔽本身的电荷被屏蔽 氢键断裂氢键断裂 疏水相互作用被取消疏水相互作用被取消 多肽被去折叠多肽被去折叠(二级结构破坏二级结构破坏),),并形成椭球形并形成椭球形还原还原SDSSDS处理处理 当加入还原试剂当加入还原试剂DTTDTT或或-二巯基乙醇后，二巯基乙醇后，蛋白质被蛋白质被完全去折叠完全去折叠，只根据分子量分离。，只根据分子量分离。带有烷基化作用的还原带有烷基化作用的还原SDSSDS处理处理 烷基化作用烷基化作用可以很好地并经久牢固地保护可以很好地并经久牢固地保护SHSH基团，而得到窄的电泳带。基团，而得到窄的电泳带。非还原的非还原的SDSSDS处理处理 许多样品，如生理体液、血清或尿素，一许多样品，如生理体液、血清或尿素，一般只需用般只需用1%1%SDSSDS在在100100煮沸煮沸3 3分钟，并不需要分钟，并不需要加还原剂，此时二硫键不能被断裂，蛋白并没加还原剂，此时二硫键不能被断裂，蛋白并没有完全被去折叠。有完全被去折叠。（4 4）电泳电泳（5 5）固定固定（6 6）染色染色考马斯亮蓝（考马斯亮蓝（coomassie brilliant coomassie brilliant blueblue）R-250 R-250 三苯基甲烷，红蓝色，每个分子含三苯基甲烷，红蓝色，每个分子含有两个有两个SOSO3 3H H基团，偏酸性，和氨基黑一基团，偏酸性，和氨基黑一样也是结合在蛋白质的碱性基团上。样也是结合在蛋白质的碱性基团上。G-250G-250 二甲花青亮蓝，蓝绿色。二甲花青亮蓝，蓝绿色。银染色银染色 银染的机制是将蛋白带上的硝酸银银染的机制是将蛋白带上的硝酸银（银离子）（银离子）还原成金属银还原成金属银，以使银颗粒，以使银颗粒沉积在蛋白带上。沉积在蛋白带上。（7 7）照相，凝胶干燥照相，凝胶干燥（8 8）定量测定定量测定3 3、电泳过程中的不正常现象、电泳过程中的不正常现象（1 1）“微笑微笑”现象现象 指示剂前沿呈现两边向上的曲线形，指示剂前沿呈现两边向上的曲线形，说明凝胶的说明凝胶的不均匀冷却不均匀冷却，中间部分冷却，中间部分冷却不好。不好。（2 2）“皱眉皱眉现象现象 由于垂直电泳槽的由于垂直电泳槽的装置不合适装置不合适引起引起的，特别是当凝胶和玻璃板组成的的，特别是当凝胶和玻璃板组成的“三三明治明治”底部有气泡或靠近隔片的凝胶聚底部有气泡或靠近隔片的凝胶聚合不完全。合不完全。（3 3）“拖尾拖尾”现象现象 样品溶解不佳样品溶解不佳引起。引起。（4 4）“纹理纹理”现象现象由于样品中的由于样品中的不溶颗粒不溶颗粒引起的。引起的。（5 5）偏斜现象）偏斜现象 电极放置不平行电极放置不平行引起或引起或加样位置偏斜加样位置偏斜而引而引起起（6 6）带太宽）带太宽 加样加样量太多量太多或加样或加样孔泄漏孔泄漏引起引起Molecular mass versus molecular weightMolecular mass(symbol m)is expressed in Daltons(Da).One Dalton is defined as 1/12 the mass of carbon 12.Most macromolecules are large enough to use the kiloDalton(kDa)to describe molecular mass.Molecular weight is not the same as molecular mass.It is also known as relative molecular mass(symbol Mr,where r is a subscript).Molecular weight is defined as the ratio of the mass of a macromolecule to 1/12 the mass of a carbon 12 atom.It is a dimensionless quantity.When the literature gives a mass in Da or kDa it refers to molecular mass.It is incorrect to express molecular weight(relative molecular mass)in Daltons.Nevertheless you will find the term molecular weight used with Daltons or kiloDaltons in some literature,often using the abbreviation MW for molecular weight.