分离工程第八章 优秀课件.ppt
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1、分离工程第八章 第1页,本讲稿共66页本章主要知识点本章主要知识点w w电泳的概念电泳的概念w w电泳的基本原理电泳的基本原理w w电泳技术的分类电泳技术的分类w w常用的凝胶电泳技术有哪些?常用的凝胶电泳技术有哪些?w w电泳装置的基本组成电泳装置的基本组成w w聚丙稀酰胺凝胶电泳的一般过程聚丙稀酰胺凝胶电泳的一般过程第2页,本讲稿共66页w wSDS-PAGESDS-PAGE电泳的基本原理及过程电泳的基本原理及过程w w琼脂糖电泳的特点及其应用琼脂糖电泳的特点及其应用w w等电聚焦电泳的基本原理等电聚焦电泳的基本原理w w双相电泳的概念及其特点双相电泳的概念及其特点第3页,本讲稿共66页电
2、泳的简单原理w w蛋白质、核酸、多糖等常以颗粒分散在溶液中,它们蛋白质、核酸、多糖等常以颗粒分散在溶液中,它们的净电荷取决于介质的的净电荷取决于介质的H H+浓度或与其它大分子的浓度或与其它大分子的相互作用。相互作用。w w带电粒子在电场中的迁移方式主要依据分子带电粒子在电场中的迁移方式主要依据分子尺寸尺寸大小大小和和形状形状、分子所带电荷分子所带电荷或或分子的生物学与化分子的生物学与化学特性学特性。第4页,本讲稿共66页第5页,本讲稿共66页w电泳:是荷电溶质在电场作用下发生定向泳动的现象。w电泳分离是利用荷电溶质在电场中泳动速度的差别进行分离的方法。w20世纪初,电泳法用于蛋白质的分离,2
3、0世纪70年代,电泳多用于分析目的。第6页,本讲稿共66页w(1)自由电泳:是最早的一种电泳形式,目前已很少使用。w瑞典管内蛋白质溶液和缓和液间有清晰可见界面,然后加一电场,由于界面处存在浓度梯度因而产生折射梯度,利用适当的光学系统可以观察到界面的移动。第7页,本讲稿共66页w在电泳过程中,每个移动的界面相当于某一特定的蛋白质,通过一定计算可得其泳动度。第8页,本讲稿共66页w缺点:电泳中因通电发热等原因而引起的对流,常回使已分离的溶质重新混合,为防止对流,可将电泳在多孔介质中进行,称为区带电泳。w区带电泳:应用支持介质的电泳,它表示在一个电场的作用下,在某一支持物上能将一个样品组成彻底分离成
4、若干条区带的过程。第9页,本讲稿共66页w(2)区带电泳:在支持物上电泳时蛋白质混合物被成若干区带。w根据支持物物理性质的不同可分为4类:w滤纸电泳和薄膜电泳,粉末电泳,细丝电泳,凝胶电泳。w多孔介质称为载体,应用最普通的是以滤纸或凝胶为载体故称为纸电泳法或凝胶电泳法。第10页,本讲稿共66页第一节 凝胶电泳法w凝胶电泳的作用是基于凝胶过滤作用(分子筛作用)和电泳淌度的双重机理,所以它能获得较高的分辨率。w凝胶电泳:凝胶过滤作用(分子筛作用)电泳淌度正比于 电荷数(电荷效应)w单位电场强度下的运动速度称为离子淌度或迁移率。第11页,本讲稿共66页聚丙烯酰胺凝胶电泳中的分子筛效应w w在使用凝胶
5、介质的电泳中,由于电泳介质具有高粘度和在使用凝胶介质的电泳中,由于电泳介质具有高粘度和高的摩擦阻力,因此不仅可以防止对流,而且可以把扩高的摩擦阻力,因此不仅可以防止对流,而且可以把扩散减到最小。散减到最小。w w凝胶中的大分子分离取决于它的凝胶中的大分子分离取决于它的电荷电荷、尺寸尺寸和和形状形状w w凝胶的这种用于分离不同尺寸分子的特性是由于它凝胶的这种用于分离不同尺寸分子的特性是由于它的尺寸筛分能力(的尺寸筛分能力(Size sieving capacitySize sieving capacity),这种现象被),这种现象被称为称为分子筛效应分子筛效应(molecular sieving
6、 effectmolecular sieving effect)第12页,本讲稿共66页分子筛效应图中图中A A,B B,C C均为阳离子,在直流电场作用下电泳情况示意图均为阳离子,在直流电场作用下电泳情况示意图分子量大小依次为分子量大小依次为MA=MBMCMA=MBMC,所带电荷量相同,所带电荷量相同Q QA A=Q=QB B=Q=QC C。ABC+-第13页,本讲稿共66页w常用的凝胶材料:聚丙烯酰胺、琼脂糖凝胶。w聚丙烯酰胺(丙烯酰胺)单体是神经毒素,可积累。w凝胶电泳使用的凝胶种类和浓度根据分离料液中溶质的相对分子质量而异。第14页,本讲稿共66页w聚丙烯酰胺含量 适用的分子量范围w7
7、.5%凝胶 10kD1000kDw3.5%凝胶 1000kD5000kDw琼脂糖或琼脂糖 与聚丙烯酰胺混合物 5000kDw孔径从小到大。第15页,本讲稿共66页垂直电泳槽及灌胶模具垂直电泳槽及灌胶模具第16页,本讲稿共66页电泳的一般过程第17页,本讲稿共66页第18页,本讲稿共66页聚丙酰胺电泳第19页,本讲稿共66页凝胶电泳与凝胶过滤的区别w在凝胶电泳中,样品混合物中各分子的运动速度是小分子大于大分子物质,这种凝胶过滤中的情况恰好相反,这是因为在凝胶电泳中,系统里没有空隙体积,只有充满整体凝胶的网状骨架,因此在其内部大分子物质不及小分子物质容易移动。第20页,本讲稿共66页常规聚丙烯酰胺
8、凝胶电泳原理:原理:w w由于聚丙烯酰胺凝胶电泳(由于聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGEPAGE)是多孔介质,不仅能)是多孔介质,不仅能防止对流,把扩散减少到最低;而且其孔径大小与生物防止对流,把扩散减少到最低;而且其孔径大小与生物大分子具有相似的数量级,大分子具有相似的数量级,能主动参与生物分子的分离,能主动参与生物分子的分离,具有分子筛效应具有分子筛效应。w w因此,在使用聚丙烯酰胺凝胶电泳进行蛋白质分离时,在电因此,在使用聚丙烯酰胺凝胶电泳进行蛋白质分离时,在电泳过程中泳过程中不仅取决于蛋白质的电荷密度,还取决于蛋白质的不仅取决于蛋白质的电荷密度,还取决于蛋白质的尺寸和形状。尺寸和形状。w w
9、PAGEPAGE可以用圆盘电泳、垂直电泳或水平电泳可以用圆盘电泳、垂直电泳或水平电泳第21页,本讲稿共66页电泳前的准备工作w缓冲系统的选择:保证蛋白质的溶解性能、稳定性以及生物保证蛋白质的溶解性能、稳定性以及生物活性的保持;活性的保持;电泳时间和分辨率:从理论上讲电泳时间和分辨率:从理论上讲PAGEPAGE可可以在任何以在任何pHpH进行,但实际上过酸或过碱的进行,但实际上过酸或过碱的条件下将发生某种水解(脱酰胺)。因此,条件下将发生某种水解(脱酰胺)。因此,pHpH应限制在应限制在310310之间。之间。第22页,本讲稿共66页缓冲系统的选择原则w是两种标准的对立权衡 如果缓冲液的如果缓冲
10、液的pHpH选择在远离样品中各种蛋白的选择在远离样品中各种蛋白的等电点,蛋白质分子所带电荷的密度大,电泳等电点,蛋白质分子所带电荷的密度大,电泳时间短,区带细而窄;时间短,区带细而窄;如果缓冲如果缓冲pHpH选择在靠近被分离样品的一种或几选择在靠近被分离样品的一种或几种蛋白质的等电点,则蛋白质分子之间的电荷种蛋白质的等电点,则蛋白质分子之间的电荷密度差别大,分辨率就高;密度差别大,分辨率就高;因此,常常选择因此,常常选择pH 8.09.5pH 8.09.5的缓冲,常用的缓冲液有的缓冲,常用的缓冲液有Tris-Tris-甘氨酸(甘氨酸(pH 8.39.5pH 8.39.5),),Tris-Tri
11、s-硼酸硼酸(pH 8.39.3)(pH 8.39.3)和和Tris-Tris-醋酸(醋酸(pH 7.28.5pH 7.28.5)第23页,本讲稿共66页离子强度的选择w w离子强度不宜过高,此时电导率低,产热少,电泳离子强度不宜过高,此时电导率低,产热少,电泳速度快;但也不可过低,必须具有一定的缓冲能力,速度快;但也不可过低,必须具有一定的缓冲能力,过低的离子强度容易导致蛋白质絮凝。过低的离子强度容易导致蛋白质絮凝。w w一般选择缓冲液的离子强度为一般选择缓冲液的离子强度为0.010.1 mol/L0.010.1 mol/L之间之间第24页,本讲稿共66页凝胶浓度的选择w w由于由于PAGE
12、PAGE电泳分离不仅取决于蛋白质的电荷密度,而且取电泳分离不仅取决于蛋白质的电荷密度,而且取决于分子的大小、形状。因此,与凝胶的分子筛效应(即凝决于分子的大小、形状。因此,与凝胶的分子筛效应(即凝胶的孔径与电泳的分辨率、电泳速度)密切相关。胶的孔径与电泳的分辨率、电泳速度)密切相关。w w根据凝胶孔径与被分离分子的大小和形状,可以将凝胶分为:根据凝胶孔径与被分离分子的大小和形状,可以将凝胶分为:非排阻性凝胶(非排阻性凝胶(unrestrictive gelunrestrictive gel):浓度浓度0.7 0.7 1.0%1.0%的琼脂糖凝胶;的琼脂糖凝胶;排阻性凝胶(排阻性凝胶(restr
13、ictive gelrestrictive gel):浓度大于:浓度大于1%1%的的琼脂糖凝胶和常规琼脂糖凝胶和常规PAGEPAGE第25页,本讲稿共66页w凝胶浓度太大,孔径小于样品分子尺寸,电泳时蛋白质分子不能进入凝胶,样品仍留在加样位置;w凝胶浓度太小,孔径太大,样品中各种蛋白质分子均随缓冲液推进,不能得到很好的分离;第26页,本讲稿共66页凝胶浓度凝胶浓度(C=2.6%)(C=2.6%)分子量范围分子量范围(kDa)(kDa)凝胶浓度凝胶浓度(C=5%)(C=5%)分子量范围分子量范围(kDa)(kDa)5 530200302005 56070060700101015100151001
14、0102228022280151510501050151510200102002020215215202051505150凝胶浓度与分子量测定的关系凝胶浓度与分子量测定的关系第27页,本讲稿共66页PAGE的具体操作过程w w制胶:确定凝胶配方(凝胶、引发剂、增速剂的浓度和缓冲制胶:确定凝胶配方(凝胶、引发剂、增速剂的浓度和缓冲液),使用灌胶模具灌胶;液),使用灌胶模具灌胶;w w样品准备:选择合适的样品缓冲液、确定合适的样品样品准备:选择合适的样品缓冲液、确定合适的样品浓度(浓度(12mg/L12mg/L,考染),加样(溴酚蓝);,考染),加样(溴酚蓝);w w电泳:电泳:4646小时,待小
15、时,待溴酚蓝溴酚蓝前沿到达阳极底部;前沿到达阳极底部;w w检测:紫外扫描或染色(考马斯亮蓝检测:紫外扫描或染色(考马斯亮蓝R-250R-250、银染色、银染色灵敏灵敏度比考染高度比考染高100100倍、荧光探针);倍、荧光探针);w w照相、凝胶干燥:照相、凝胶干燥:w w定量测定:定量测定:第28页,本讲稿共66页w凝胶电泳:装柱操作,铺板操作。w近来聚丙烯酰胺凝胶电泳法有了两个新进展:wA、不连续凝胶电泳。wB、十二烷基硫酸钠(SDS)聚丙烯酰胺凝胶电泳。第29页,本讲稿共66页w1、不连续凝胶电泳:w不连续凝胶由两层组成,上层为浓缩层(丙烯酰胺23%),下层为分离层(丙烯酰胺525%)
16、。第30页,本讲稿共66页第31页,本讲稿共66页w聚丙烯酰胺凝胶电泳:以聚丙烯酰胺为支持物,制成凝胶柱。w凝胶柱由二节凝胶组成(小节浓缩胶,大节分离胶)。这二节胶孔径大小,缓冲液离子成分和离子强度值,电场强度都是不同的。第32页,本讲稿共66页w样品先被压缩一个薄层,然后进行电泳。w一般经过三个效应,浓缩效应,分子筛效应,电荷效应,使样品分离效果好,分辨率高。第33页,本讲稿共66页w2、十二烷基硫酸钠(SDS)聚丙烯酰胺凝胶电泳w一种加阴离子去污剂SDS的聚丙烯酰胺凝胶电泳。w主要用途:w分离蛋白质和测定它的相对分子量。第34页,本讲稿共66页SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳w w十二烷基磺酸钠
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