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聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質(zhì)

一、 
目的 
1、掌握聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù); 2、掌握同工酶遺傳標(biāo)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(zhì)的一種常見電泳技術(shù)。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(xué)聚合法和光聚合法。化學(xué)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(chǎn)生自由基,后者引發(fā)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(chǎn)生甲叉鍵交聯(lián),從而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。  由于同工酶的酶蛋白分子的大小和結(jié)構(gòu)不同,攜帶的電荷種類和數(shù)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(yīng)以顯示產(chǎn)物的形成或底物的消失,就可以看到經(jīng)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(shù)是通過電泳和組織化學(xué)方法進(jìn)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(qū)帶以酶譜的形式標(biāo)記出來。分離同工酶的方法有:電泳法、層析法、酶學(xué)法和免疫學(xué)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(yīng):1、樣品的濃縮效應(yīng);2、凝膠的分子篩效應(yīng);3、一般的電泳分離的電荷效應(yīng)。 三、 
儀器、設(shè)備、藥品及材料 
儀器、設(shè)備:電泳儀、電泳槽、離心機(jī)、移液管、裝凝膠用的玻璃管(內(nèi)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(lán)、聯(lián)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(nèi)容 
1、樣品的提取 
不同品種或種間的植物,取發(fā)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(fā)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(tǒng)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(lián)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(lán),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(jìn)行電泳,當(dāng)溴酚藍(lán)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(xiàn)酶帶后取出凝膠,用水漂洗終止染色。 8、帶型清楚的膠應(yīng)作攝影記錄或做掃描測定,膠晾干后還作**保存。 
五、 
數(shù)據(jù)記錄 
1、將各膠柱中酶帶條數(shù)、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(lán)指示劑遷移距離)  六、 
結(jié)果討論及分析 
1、配制緩沖液系統(tǒng)對電泳的影響: 
在SDS-PAGE不連續(xù)電泳中,制膠緩沖液使用的是Tris-HCL緩沖系統(tǒng),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(tǒng)。在濃縮膠中,其PH環(huán)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(dǎo)電性較低的區(qū)帶,蛋白分子就介于二者之間泳動。由于導(dǎo)電性與電場強(qiáng)度成反比,這一區(qū)帶便形成了較高的電壓梯度,壓著蛋白質(zhì)分子聚集到一起,濃縮為一狹窄的區(qū)帶。當(dāng)樣品進(jìn)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(jù)其固有的帶電性和分子大小進(jìn)行分離。 
所以,pH對整個反應(yīng)體系的影響是**關(guān)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(yīng)首要考慮該因素。 2、樣品的處理: #p#分頁標(biāo)題#e#
根據(jù)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(zhì)構(gòu)象被解離,電荷被中和,形成SDS與蛋白相結(jié)合的分子,在電泳中,只根據(jù)分子量來分離。一般電泳均按這種方式處理,樣品稀釋適當(dāng)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(jīng)久牢固的保護(hù)SH基團(tuán),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(xiàn)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(zhì)電泳提供載體,其凝固的好壞直接關(guān)系到電泳成功與否,與促凝劑及環(huán)境密切相關(guān);  
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(tǒng),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(yīng)進(jìn)行;十二烷基磺酸鈉(SDS):陰離子去污劑,作用有四:去蛋白質(zhì)電荷、解離蛋白質(zhì)之間的氫鍵、取消蛋白分子內(nèi)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(dǎo)致凝固不充分,后者可導(dǎo)致SDS結(jié)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(lán)、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(zhì)電泳技術(shù)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(xiàn)于較厚的凝膠中。    處理辦法:待其充分凝固再作后續(xù)實驗。  6. “皺眉”(兩邊向下中間鼓起)形帶原因?    主要出現(xiàn)在蛋白質(zhì)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(xiàn)拖尾現(xiàn)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(dāng)?shù)臉悠肪彌_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(xiàn)紋理現(xiàn)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(gòu)象復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子時,常會出現(xiàn)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(zhì)分子重新折疊結(jié)合和亞基重新締合,聚合成大分子,其分子量要比目標(biāo)條帶大,有時不能進(jìn)入分離膠。但它卻于目標(biāo)條帶有相同的免疫學(xué)活性,在WB反應(yīng)中可見其能與目標(biāo)條帶對應(yīng)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(bǔ)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(lán)不能起到指示作用?    我們在實驗中常會遇到溴酚藍(lán)已跑出板底,但蛋白質(zhì)卻還未跑下來的現(xiàn)象。主要與緩沖液和分離膠的濃度有關(guān)。  
  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(dāng)增加濃縮膠的長度;保證濃縮膠貯液的pH正確(6.7);適當(dāng)降低電壓;  
  12. 為什么電泳電壓很高而電流卻很低呢?這種現(xiàn)象一般初學(xué)者易出現(xiàn)。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(nèi)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(xiàn)在初學(xué)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(jìn)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(nèi)凝。如果凝的太慢,可能是TEMED,APS劑量不夠或者失效。APS應(yīng)該現(xiàn)配現(xiàn)用,TEMED不穩(wěn)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(biāo)題#e#
  可能由于凝膠緩沖系統(tǒng)和電級緩沖系統(tǒng)地PH選擇錯誤,即緩沖系統(tǒng)地PH和被分離物質(zhì)的等電點差別太小,或緩沖系統(tǒng)的離子強(qiáng)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(zhì)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。