聚丙烯酰胺凝胶电泳操作方式Word文档格式.docx
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(2)甲叉双丙烯酰胺纯化法:
12g甲叉双丙烯酰胺溶于100ml40~50℃丙酮,加热过滤,滤液置-20℃冰箱,结晶析出后过滤,并置于真空干燥器中干燥,保留于棕色瓶中备用。
3.试剂配制
(1)凝胶及缓冲液配制系统
有关资料很多,可以按照需要选择适宜的系统。
列表4供参考。
最常常利用的是系统1(所谓Davis的标准状态)。
各类贮存液配制后,盛于棕色瓶中,贮冰箱备用。
历时需测PH值,以检查是不是失效。
TEMED要密封贮藏。
过硫酸铵溶液最好现用现配,不宜超过一周。
表4几种适用电泳的聚丙烯酰胺凝胶系统
<
DIValign=center>
系统Ⅰ
(PH值%)
系统Ⅱ
系统Ⅲ
(PH值(15%)
系统Ⅳ
溶液号
组份/100ml
PH
值
组份/100ml
PH值
1
1mol/lHCl
Tris克
TEMED
15
1mo;
/LHCl
17
1mol/LKOH
醋酸mlTEMED
20
1mol/lKOH
醋酸.25ml
2a
丙烯酰胺
克
双丙烯酰胺克
8
2
6
21
过硫酸铵
3
16
1NH3PO4
Tris克TEMED
18
22
1NKOH
升
醋酸
4a
1NHCl
48ml
19
5
核黄素
7
蔗糖
电极缓冲液:
甘氨酸克
加水至1升
使用:
10%稀释液
二乙基巴比妥克
β-丙氨酸克
醋酸克
加水至1升
醋酸
电极:
上槽接负极Θ
下槽接正极⊕
上槽接正极⊕
下槽接负极Θ
各溶液混合比
浓缩胶
分离胶
1份4a号
2份5号
1份6号
4份7号
1份1号
2份2a号
1份水
4份3号
1份16号2份5号
1份15号
2份2号
1份19号
1份17号
2份8号
4份18号
1份22号
4份20号
2份21号
(2)指示剂配制
蛋白质样品一般是无色的,为了观察和估量样品在凝胶上迁移情况,常加指示剂作为电泳迁移的可见标志。
对碱性缓冲系统,一般用溴酚蓝或酚红,对于酸性缓冲系统,一般用甲基绿或次甲基兰。
指示剂可直接加在样品中,也可加在电泳槽的缓冲液中,也可加在玻管中。
溴酚蓝通常配制成%的母液备用。
(3)染色剂配制
蛋白质的染色方式很多,常常利用的染色剂有氨基黑10B,考马斯亮蓝R250,考马斯亮蓝G250等,有关配制浓度,染色方式和同工酶的显色方式见操作进程中的染色部份。
4.操作技术
(1)凝胶制备
配制凝胶前,应把玻璃管装好。
装玻管的方式很多:
在凝胶架的孔洞内,加少量40%蔗糖溶液,然后把洗净干燥的玻璃管套上乳胶管,插入架的孔洞内,使玻璃管、乳胶管与孔底相平;
玻璃管的一端用青霉素瓶盖封口,或用附有玻璃短柱的乳胶管封口;
底平坦的玻管也可用橡皮膏布封口,封口的玻管安放在试管架上;
也可把玻璃管用橡皮筋捆扎在一路,一端弄平后放在培育皿中,然后用1%琼脂趁热倒在培育皿中,冷却后,玻璃管口即被琼脂凝胶封住。
配制凝胶时,先将所需的贮备液自冰箱中掏出,放至室温下预温。
聚丙烯酰胺凝胶通常只制备二种胶。
先制备分离胶,再在分离胶上面制备浓缩胶,样品胶一般不制作,这是因为①有些样品会抑制胶聚合;
②光照可引发某些蛋白质变性;
③多了一道手续,延长制胶时间。
分离胶的制备:
按表4比例混合贮存液,(先不与过硫酸铵混合),放在真空干燥器中抽气,排除溶液中空气。
抽气后在贮存液中加入过硫酸铵混匀,用注射器沿玻璃管壁慢慢注入胶液,各支玻管注入的量要相同,或按事前作好标记,注胶到相同的高度。
务必勿使气泡出现。
为了使凝胶表面平整,在凝胶表面再慢慢地加入一层水,约3~5mm高度,消除凝胶的弯月面。
加水要小心,切勿冲乱界面。
加水的另一作用是隔间空气中氧与胶液接触。
以防影响顶部胶层的聚合。
注射器中残留的胶液要当即清洗掉,以防胶液在针头与注射器中聚合,而使其损坏。
水层放好后,静置30分钟,使凝胶进行化学聚合反映。
聚合最适温度为25℃。
当水刚加入胶面时,水与凝胶形成一界面,后界面慢慢消失,当凝胶聚合时,水与凝胶之间又出现界面。
界面的再出现表明凝胶已经聚合,再静置20~30分钟,聚合便完全。
分离胶的预电泳(此步骤应按如实验的需要决定取舍):
凝胶聚合程度一般在90%以上。
残留的物质,尤其是过硫酸铵,对某些样品(如酶)会造成钝化或引发其它人为效应。
因此有时需要在正式电泳前,先用电泳方式除去这些残留物,称为“预电泳”。
若直接用光密度计来扫描分离的区带,则预电泳更为重要,因未聚合的丙烯酰胺单体对紫外光有较高吸收,会干扰测定。
步骤:
去除玻管封口,倒出玻管中凝胶上的水分,并用分离胶缓冲液洗涤一下。
把玻管插入电泳装置中。
上下电极槽中均加入分离胶缓冲液,预电泳的电流为3mA/管,时间需30分钟~2小时。
预电泳不能在制好浓缩胶后进行,也不能用电极缓冲液进行,不然会破坏不持续系统,而使浓缩效应失效。
浓缩胶的制备:
分离胶聚合好后,或已通过预电泳的分离胶,用注射器小心吸去水层,用滤纸条吸去残余的水。
按表4中比例混合浓缩胶液(也预先抽气,抽气时不要与核黄素混合,使历时再混匀),先用这种凝胶液漂洗一下分离胶顶,除去漂洗液后,再用注射器加浓缩胶溶液1cm左右,各管加的高度应一致,并在上面加水层压平胶面。
放在两只20W以上功率的日光灯下,约离灯管10~15cm处,光下聚合60分钟左右,当浓缩胶由浅黄色变成不透明的乳白色,即聚合完成,掏出水层,吸干后用电极缓冲液洗涤,准备加样。
浓缩胶应临用前制备。
(2)样品的准备
聚丙烯酰胺盘状电泳可用于分离各类蛋白质、核酸等样品。
例如血清、唾液、细胞膜蛋白,动植物及微生物的各类蛋白提取液,昆虫的体液,各类酶制品,色素蛋白复合体和核糖核酸等。
初学者可用现成的蛋白质样品如血清练习操作。
盘状电泳所需要的样品是很少的。
一个标准凝胶管按体积,需要5~100μl的样品(约~2mm高);
按含量需要5~100μg。
实际上就是用%浓度的样品5~100μl。
由于样品组分的不同,用量可有必然的幅度。
对于只含有少数组分的样品,通常常利用10~20μg,对于含有多种组分的样品,可用到200μg。
即每一凝胶的样品容纳量不仅指所加的样品总量,更重要的是指样品混合物组分的量。
所加样品液量的精准性将影响重复性,误差要不大于±
5%。
近来,样品胶一般已改用样品液中加入5%~20%的蔗糖或10%甘油代替,因为样品胶的作用主如果抗对流,蔗糖液和甘油能起一样的效果。
若是样品离子强度太高,会引发分界面模糊不清,严重时完全不能进行电泳。
因离子强度太高时降低了蛋白质的电动电位,同时电导太高,在样品部份几乎没有电势梯度,以至样品的泳动速度近于零,不能泳动。
硫酸铵盐析的样品或柱层析高盐浓度的洗脱部份,必需透析除盐,务必使其电导低于分离胶的电导,以便形成足够的电势梯度,使区带在分离之前进行浓缩变窄。
若是样品过稀,加样体积太大时,相应地加厚浓缩胶层。
玻璃管也要适当加长。
通常稀样液与浓缩胶的比不大于1∶。
一个生物样品(粗抽提物),常需要事前通过处置(高速离心,微孔滤膜过滤,柱分离等)去除沉淀,消除混浊。
或只取可溶性部份进行电泳。
不然常有许多物质留在凝胶与缓冲液的界面上,阻塞凝胶,干扰分离。
当样品装载量与样品溶解度不相应时,也会在浓缩胶上或浓缩胶与分离胶界面上产生沉淀,并造成拖尾现象(随着电泳进程,沉淀逐渐溶解,逐渐进入)。
加样前先把密封下口的物件除去,若是是拔橡皮帽,应先让空气进去,再拔管子,避免凝胶拉坏。
下槽中放满缓冲液,把玻管固定在盘状电泳槽上槽的洞中。
安装时要特别注意保证凝胶管垂直和橡胶塞孔密封不漏。
管的下端悬一滴电极缓冲液。
先在下槽放上电极缓冲液,再把上槽放在下槽上,避免管下有气泡。
然后加样。
加样方式因人习惯不同而略有不同。
有的把样品与增加比重的蔗糖及指示剂先混在一路加样;
有的指示剂单独加在玻璃管中或在上槽电极缓冲液中滴上几滴指示剂。
加样时,有的先加好样液,再在样品上加几滴缓冲液,然后在样液上加电极槽缓冲液;
有的先在上槽中加满电极缓冲液,然后用加样器插在缓冲液中往胶管浓缩胶上方加样。
总的原则,先提高样品的比重,后加样,加样和加电极缓冲液互不干扰。
(3)电泳
在电泳槽中注满电极缓冲液。
缓冲液应事前在冰箱中预冷,上槽电极缓冲液必需浸没玻管和电极。
连接直流稳压电源,缓冲液系统为碱性时上槽为负极,下槽为正极。
缓冲系统为酸性时则相反。
Davis标准状态的凝胶电泳,负极在上,正极在下,电泳槽一般放在冰箱中,维持温度在0~4℃。
打开电源开关,调节电流,开始时用1~2mA/管,电泳3~5分钟后,再逐渐升高到4mA/管。
不要一开始就电流很高。
电流最好不要超过5mA/管。
太高的电流强度会造成产热量大,使分离失败。
若是高温对样品不利,可降低电流,延长时间,或进行有效冷却,在整个电泳进程中,一般要求电流维持稳定。
电泳时间与所用缓冲液和样品有关,一般按照指示剂的迁移来决定,若是指示剂已迁移到凝胶柱的下口周围,或已迁移管长的3/4距离时,就可停止电泳,关闭电源,掏出玻璃管。
上槽电极缓冲液可持续利用几回,但必需每次测一下PH,如PH值发生改变就不能再利用。
每次电泳后,下槽中混入了催化剂及氯离子,如将下槽缓冲液用于上槽,则影响电泳。
重要的电泳,电极缓冲液最好用新鲜的。
(4)剥胶
为了避免电泳后凝胶中蛋白(酶)盘状区带扩散,电泳完毕必需立刻掏出凝胶柱进行固定与染色,一般用20~30ml的注射器配上10cm长的针头,左手拿玻管,右手握灌满水的注射器,将针头插入凝胶与管壁之间,左手慢慢旋转玻管,右手一边压水,一边使针头呈螺旋式推动。
靠水流压力和润滑力将玻璃管内壁与凝胶分开,一般情况下,针头抽出,胶就自动滑出。
若是不出,就从另一端再注水或用洗耳球在一端略加压力。
若是胶浓度较高,掏出困难,可用10%甘油水溶液代替水注入。
一般剥胶的方向是从浓缩胶端开始。
剥胶时应注意不要损伤胶柱表面。
(5)固定与染色
为避免凝胶柱内已分离成份的扩散,需要进行固定。
剥出的凝胶柱只要浸泡在7%乙酸或%三氯乙酸的水溶液中几分钟就可达到蛋白带固定的效果。
也可浸泡在用7%乙酸或%三氯乙酸配制的染色液中,同时进行固定和染色。
若是用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离和鉴定同工酶,为了让酶带上进行某种显色反映,往往是先显色后固定。
三氯醋酸固定蛋白质的机制可能是这样:
其分子不仅与蛋白质带正电荷侧链结合,而且通过氢键与蛋白质的肽链结合,其结果使蛋白质分子失去水分子,同时在肽链表面包上一层疏水的CCl3基团,使蛋白质水溶性破坏,从水相沉淀在凝胶相上。
乙酸固定蛋白质的机制可能同三氯乙酸一样。
电泳后蛋白质区带的检测,对于不同的目的,应采用不同的检测方式,最常常利用的方式是用染料和生物大分子结合形成有色的复合物,选用染料通常应考虑以下要求:
A)必需与大分子结合以形成一个不溶性的,有色的,紧密的复合物,但不结合到凝胶中和支持膜上,以便从凝胶中除去,不然背景会影响蛋白带的辨别和定量扫描;
B)染料必需容易溶解在对大分子没有影响的溶剂中,以利于背景的脱色;
C)选用高吸光系数的染料有利于提高定量测定的灵敏度;
D)选用能与大分子有专一性结合的染料,并在结合后能产生不同的颜色,可以提高检测的选择性。
用于蛋白质区带染色的试剂常常利用的有氨基黑10B、考马斯亮蓝,1-苯胺基-8-萘磺酸等,其性能及染色原理如下:
①氨基黑10B(aminoblack10B)C22H13O12N6S3Na3MW=715λmax=620~630nm氨基黑是酸性染料,其磺酸基与蛋白质反映组成复合盐。
是最常常利用的蛋白质染料。
但用氨基黑染SDS-蛋白质时效果不好。
另外氨基黑染不同蛋白质时的着色度不等,色调不一(有蓝、黑、棕等),作同一凝胶柱的扫描时误差较大,需要对各类蛋白质作出本身的蛋白质-染料量(吸收值)的标准曲线。
②考马斯亮兰R250(CoomassiebrilliantblneR250)即三苯基甲烷(triphenylmethane)C46H44O7H3S2NaMW=824λmax=560~590nm染色的灵敏度比氨基黑高5倍。
尤其适用于SDS电泳微量蛋白质染色,但蛋白质浓度超出必然范围时,对高浓度蛋白的染色不合乎Beer定律,用作定量分析时要注意这点。
③考马斯亮兰G250(CoomassiebrilliantblneG250),即二甲花青亮蓝(XyleneCyaninebrilliantBlue),MW=854,λmax=590~610nm,染色灵敏度不如R250,但比氨基黑高3倍。
长处在于它在三氯乙酸中不溶而成胶体,能选择地染色蛋白而几乎无本底色。
所以常常利用于需要重复性好和稳定的染色,适于作定量分析。
氨基黑与考马斯亮兰两种染料的一路点是:
都带有负电荷的磺酸基,能与蛋白分子上带正电荷的侧链相结合。
可是,氨基黑分子含有较多的亲水基团,和蛋白质亲水微区和亲水的凝胶基质有很大的亲和力。
而考马斯亮兰却相反,含有较多的疏水基团,和蛋白质的疏水区有较大的亲和力,而和凝胶基质的亲和力不如氨基黑。
因此,用考马斯亮兰染色的漂洗要容易患多。
另外,考马斯亮兰的灵敏度要比氨基黑高。
苯胺基-8-萘磺酸(1-animo-naphthalsulfonicacid简称ANS),MW=241,本身无荧光,但与蛋白质结合后则产生荧光。
电泳后,凝胶在此染料溶液浸1~3分钟,用长波紫外灯照射时产生黄色荧光,可显示蛋白质100mg,若是不明显,可将凝胶掏出暴露于空气或盐酸气中,或浸没在3mol/L盐酸中几秒至2分钟,使表面蛋白质稍变性,然后再用
表5蛋白质的常染色法
方法
固定液
染料
染色时间
脱色
氨基黑
10B
甲醇
7%乙酸
氢氧化钠中1%氨基黑
7%乙酸中%~1%氨基黑
5分钟(室温)
2小时(室温)
10分钟(96℃)
5%乙醇
考马斯亮兰R250
20%磺基水杨酸
10%三氯乙酸
样品中含尿素的在5%三氯乙酸中固定
%R250水溶液
10%三氯乙酸-1%R250
19∶1(V/V)
5%磺基水杨酸和1%R250
19∶1
小时(室温)
1小时(室温)
90%甲酸
考马斯亮兰G250
6%乙酸
%三氯乙酸
6%乙酸中1%G250
%三氯乙酸中%G250
10分钟(室温)
30分钟(室温)
甲醇-水-浓氨
64∶36∶1
1-苯胺基-8-萘磺酸
2mol/L盐酸浸几秒种
,L磷酸盐缓冲液中%染料
3分钟
Ponceau3R
LNaOH中1%3R
2分钟(室温)
固绿
7%乙酸中1%固绿
2小时(5℃)
ANS染色,这样可显示蛋白质20μg。
这种染色长处是可保留凝胶内中的酶和抗体的活性。
可将该区带切下来进行酶活力测定,也可直接把凝胶捣碎研细,用作抗原来注射动物,聚丙烯酰胺不影响抗体的产生。
常常利用染色方式见表5。
(6)脱色
凝胶柱染色后,先用水洗掉表面染料,然后放在脱色液中浸洗,常常利用的脱色液有7%乙酸,甲醇-水-乙酸溶液等。
常常改换新溶液,直到染料洗出,背景几乎无色为止。
用氨基黑染色的,脱色时间较长,而考马斯亮蓝染料易于脱色。
为了短时间得出结果,可采用电泳脱色。
即在一玻璃或有机玻璃槽中盛7%的乙酸溶液,已染色的胶放置在槽中间,两边加铂金电极,并通直流电,电压30~40V,电流左右,1~2小时即可脱色完毕。
(7)结果的记录
记录电泳结果常常利用的方式有
①绘制示用意,将各个样品的酶带如实地描画下来,按照酶带宽窄,颜色深浅,拟分七级表示之(图10)。
图10酶带的分级标准
②测量相对迁移率(Rf):
分离区带的泳动速度可用相对迁移率来表示。
测定迁移率时,在电泳结束后要先在指示剂移动的位置(前沿)作一标记(一般是插一根短铜丝),染色后,量出指示剂移动的距离和酶带移动的距离。
Rf=酶带迁移距离/前沿指示剂迁移距离
测量迁移率时,应以酶带的中部位置为准,值得注意的是,交联剂的浓度,交联剂和丙烯酰胺的比例,催化剂浓度及聚胶时的温度和时间均对凝胶柱结构有影响,因此会影响迁移率。
另外,电泳时电场强度等也会影响带电颗粒迁移速度。
为了使实验重复性好,这些因子都应尽可能维持恒定。
③照相:
采用透射照相方式,用照相机把酶带真实地拍摄下来,盘状电泳的凝胶柱一般放在试管中(注满脱色液或保留液)拍摄。
对于绿色、蓝色和暗蓝色的染色区带,照相时可加黄滤色镜,能增加清楚度。
④光密度计扫描定量:
把酶带放在光密度扫描仪上,描画酶谱——光密度曲线。
配合计算机,可作定量分析。
(二)垂直平板电泳
垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳和管型盘状凝胶电泳相较,具有以下长处:
①一系列样品可以在相同的制板、电泳、显色条件下进行比较,减少实验误差;
②在一块平板上点样数量可按照需要任意变更,可多可少;
③凝胶可制成干板,作为科研资料长期保留;
④电泳后取胶、显色、摄影等都较方便,并能取得较好的效果。
由于具有上述长处,故最近几年来垂直平板凝胶电泳技术发展较快,现将方式介绍如下:
垂直平板凝胶电泳所用的电泳仪,配制分离胶、浓缩胶的试剂,和固定染色、脱色用的药品可与盘状凝胶电泳通用,所不同的主要在电泳槽结构上,和随之带来的操作方式上。
1.器材夹心式垂直板电泳槽,凝胶模(135×
100×
(北京六一仪器厂),直流稳压电源(电压300~600V,电流50~100mA),吸量管(1,5,10mL),烧杯(25,50,100mL),细长头的滴管,1mL注射器及6号长针头,微量注射器(10μL或50μL),水泵或油泵,真空干燥器,培育皿(直径120mm),玻璃板(13×
13cm),玻璃纸2张(18×
18cm),日光灯一台。
2.操作方式
图11夹心垂直平板电泳槽示用意
图12凝胶模示用意
3.操作技术
(1)安装夹心式垂直板电泳槽夹心式垂直板电泳槽(图11)双侧为有机玻璃制成的电极槽,两电极槽中间有一凝胶模(图12),该模由ㄩ形硅胶框,长、短玻璃板,模板梳组成,电泳槽由上贮槽(白金电极面对短玻璃板),下贮槽(白金电极面对长玻璃板)和回纹冷凝管组成,两电极槽与凝胶模间靠贮液槽螺丝固定,其组装顺序为:
①装贮槽和固定螺丝销钉;
②将洗净的长、短玻璃板别离插到ㄩ形硅橡胶框的凹形槽中,注意不要用手接触灌胶面的玻璃;
③将已插好玻板的凝胶模夹到贮槽中,短玻璃板应面对上贮槽,长玻璃板应面对下贮槽,双手以对角线的方式旋紧螺丝帽;
④竖直电泳槽,用滴管吸取少量的1%琼脂糖溶液,灌入凝胶模板底部(长玻璃板外侧,下沿凹形小槽内),液面高度约~,待琼脂糖凝固后,即堵住凝胶模下面的窄缝(通电时又可作为盐桥)。
(2)制备凝胶板
①分离胶制备:
配制分离胶溶液(见表4),将凝胶溶液沿玻棒小心注入到长、短玻璃板间的狭缝内(胶高度距样品模板梳齿下缘约1cm),用注射器在凝胶表面沿短玻板边缘轻轻加一层水以隔间空气,并使胶面平整。
为避免渗漏,在上下贮槽中加入略低于胶面的蒸馏水。
约30~60分钟凝胶完全聚合后,可看到水与凝固的胶面有折射率不同的界限,用滤纸吸去多余的水。
②浓缩胶制备:
配制浓缩胶溶液(见表4),用滴管将凝胶溶液注入到长、短玻璃板间的狭缝内(分离胶上方),轻轻加入样品模板梳,用日光灯照射进行光聚合,约30分钟后,凝胶由淡黄透明变成乳白色,聚合完全后,轻轻掏出样品模板梳,加入电极缓冲液,使液面没太短玻璃板约。
(3)加样用微量注射器取样品溶液5~10μl,小心地加入到凝胶凹形样品槽底部,因样品比重大于电极缓冲液,因此样品液自动沉降在胶面上平铺成一层。
(4)电泳加样毕,在上槽加入%溴酚蓝数滴,不要移动电泳槽(防引发样品漂流),接通电源,先低压电泳一般时间,待指示剂在胶板上成一条直线时,即可将电泳槽移入冰箱,按所需电流电压进行电泳。
温度控制在0~4℃。
由于电流和电压同电极缓冲液的离子强度有关,因此按照电极缓冲液分高离子强度和低离子强度
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