SDS-PAGE实验教程

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）测定蛋白质分子量授课教师：周杰一.实验目的•学习SDS-PAGE测定蛋白质分子量的原理。•掌握垂直板电泳的操作方法。•运用SDS-PAGE测定蛋白质分子量及染色鉴定。二.实验原理•带电质点在电场中向带有异相电荷的电极移动，这种现象称为电泳。•电泳分类：移动界面电泳、区带电泳、稳态电泳。•区带电泳是在半固相或胶状介质上加一个点或一薄层样品溶液，然后加电场，分子在支持介质上或支持介质中迁移。支持介质的作用主要是为了防止机械干扰和由于温度变化以及大分子溶液的高密度而产生的对流。•区带电泳使用不同的支持介质，早期有滤纸、玻璃珠、淀粉粒、纤维素粉、海砂、海绵、聚氯乙烯树脂；以后有淀粉凝胶、琼脂凝胶、醋酸纤维素膜，现在则多用聚丙烯酰胺（PAGE）和琼脂糖凝胶。二.实验原理•PAGE根据其有无浓缩效应，分为连续系统和不连续系统两大类，连续系统电泳体系中缓冲液pH值及凝胶浓度相同，带电颗粒在电场作用下，主要靠电荷和分子筛效应。不连续系统中由于缓冲液离子成分，pH，凝胶浓度及电位梯度的不连续性，带电颗粒在电场中泳动不仅有电荷效应，分子筛效应，还具有浓缩效应，因而其分离条带清晰度及分辨率均较前者佳。二.实验原理•SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，是在聚丙烯酰胺凝胶系统中引进SDS（十二烷基磺酸钠），SDS能断裂分子内和分子间氢键，破坏蛋白质的二级和三级结构，强还原剂能使半胱氨酸之间的二硫键断裂，蛋白质在一定浓度的含有强还原剂的SDS溶液中，与SDS分子按比例结合，形成带负电荷的SDS-蛋白质复合物，这种复合物由于结合大量的SDS，使蛋白质丧失了原有的电荷状态形成仅保持原有分子大小为特征的负离子团块，从而降低或消除了各种蛋白质分子之间天然的电荷差异，由于SDS与蛋白质的结合是按重量成比例的，因此在进行电泳时，蛋白质分子的迁移速度取决于分子大小。当分子量在15KD到200KD之间时，蛋白质的迁移率和分子量的对数呈线性关系，符合下式：logMW=K-bX，式中：MW为分子量，X为迁移率，k、b均为常数，若将已知分子量的标准蛋白质的迁移率对分子量对数作图，可获得一条标准曲线，未知蛋白质在相同条件下进行电泳，根据它的电泳迁移率即可在标准曲线上求得分子量。二.实验原理•SDS电泳的成功关键之一是电泳过程中，待别是样品制备过程中蛋白质与SDS的结合程度。影响它们结合的因素主要有三个：1)溶液中SDS单体的浓度，当单体浓度大于1mmol/L时大多数蛋白质与SDS结合的重量比为1:1.4，如果单休浓度降到0.5mmol/L以下时，两者的结合比仅为1:0.4这样就不能消除蛋白质原有的电荷差别，为保证蛋白质与SDS的充分结合，它们的重量比应该为1:4或1:32)样品缓冲液的离子强度。SDS电泳的样品缓冲液离子强度较低，通常是10～100mmol/L3)二硫键是否完全被还原二.实验原理•采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测蛋白质分子量时，只有完全打开二硫键，蛋白质分子才能被解聚，SDS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的线性关系。因此在用SDS处理样品同时往往用巯基乙醇处理，巯基乙醇是一种强还原剂，它使被还原的二硫键不易再氧化，从而使很多不溶性蛋白质溶解而与SDS定量结合。•有许多蛋白质是由亚基（如血红蛋白）或两条以上肽链（如胰凝乳蛋白酶）组成的，它们在SDS和巯基乙醇作用下，解离成亚基或单条肽链，因此这一类蛋白质，测定时只是它们的亚基或单条肽链的MW。•已发现有些蛋白质不能用SDS-PAGE测定分子量。如电荷异常或构象异常的蛋白质，带有较大辅基的蛋白质（某些糖蛋白）以及一些结构蛋白，如胶原蛋白等。二.实验原理•采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法测蛋白质分子量时，往往采取2种以上测定方法结合使用。目前其他常用测定相对分子量的方法有：•聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳法测定蛋白质的相对分子量（有浓缩样品特点，可分次加样；不需解离亚基，适宜测定球蛋白，而对纤维蛋白有误差。电泳需2000伏特小时）•凝胶层析法测定蛋白质相对分子量（特点方法简单，样品用量少，而且有时不需纯物质，一般不引起生物活性物质的变化。局限性是pH6-8的范围内，线性关系比较好，但在极端pH时，蛋白质有可能因变性而偏离。）三.实验试剂和器材1.材料：低分子量标准蛋白试剂盒:低分子量标准蛋白：兔磷酸化酶BMW=97,400牛血清白蛋白MW=66,200兔肌动蛋白MW=43,000牛碳酸酐酶MW=31,000胰蛋白酶抑制剂MW=20,100鸡蛋清溶菌酶MW=14,400开封后溶于200µl蒸馏水，置-20℃保存，使用前室温融化，沸水浴中加热3-5分钟后上样。样品1：称3mg样品1，加2ml蒸馏水溶解。2.实验试剂(1)30%丙烯酰胺（Acr）：称Acr30g，甲叉双丙烯酰胺（Bis）0.8g，加蒸馏水至100ml，过滤后置棕色瓶中，4℃贮存可用1-2月。（2）10%SDS（十二烷基磺酸钠）（3）1.5mol/LpH8.8Tris-HCl缓冲液：称取Tris18.2g，加入50ml水，用1mol/L盐酸调pH8.8，最后用蒸馏水定容至100ml。（4）1.0mol/LpH6.8Tris-HCl缓冲液：称取Tris12.1g，加入50ml水，用1mol/L盐酸调pH6.8，最后用蒸馏水定容至100ml。（5）0.05mol/LpH8.0Tris-HCl缓冲液：称取Tris0.6g，加入50ml水，用1mol/L盐酸调pH8.0，最后用蒸馏水定容至100ml。（7）10%过硫酸铵(AP)（8）TEMED（四甲基乙二胺）（9）样品溶解液：SDS（100mg）+巯基乙醇（0.1ml）+溴酚蓝（2mg）+甘油（2g）+0.05mol/LpH8.0Tris-HCl（2ml），最后定容至10ml。（10）固定液：取50%甲醇454ml，冰乙酸46ml混匀。（11）染色液：称取考马斯亮蓝R2500.125g，加上述固定液250ml，过滤后备用。（12）脱色液：冰乙酸75ml，甲醇50ml，加蒸馏水定容至1000ml。（13）电极缓冲液（内含0.1%SDS，0.05mol/LTris-0.384mol/L甘氨酸缓冲液pH8.3）：称Tris6.0g，甘氨酸28.8g，加入SDS1g，加蒸馏水使其溶解后定容至1000ml。2.实验试剂3.实验器材•垂直板电泳装置•直流稳压电源•移液管•滤纸•微量注射器•大培养皿分离胶(10%.5ml)浓缩胶(5%.3ml)H2O2.6ml0.7ml30%Acr1.7ml1.5mlBuffer3.0mol/LpH=8.8Tris-HCl0.6ml0.5mol/LpH=6.8Tris-HCl0.75ml10%SDS0.05ml0.03ml10%Ap0.05ml0.03mlTEMED5µl4µl各部分凝胶配制四.实验过程1.将玻璃板用蒸馏水洗净晾干,准备2个干净的锥形瓶.2.把玻璃板在灌胶支架上固定好.※固定玻璃板时，两边用力一定要均匀，防止夹坏玻璃板.3.按比例配好分离胶,用移液管快速加入,大约5厘米左右,之后加少许蒸馏水,静置40分钟.※凝胶配制过程要迅速,催化剂TEMED要在注胶前再加入,否则凝结无法注胶.注胶过程最好一次性完成,避免产生气泡.四.实验过程.※水封的目的是为了使分离胶上延平直，并排除气泡※凝胶聚合好的标志是胶与水层之间形成清晰的界面.4.倒出水并用滤纸把剩余的水分吸干,按比例配好浓缩胶,连续平稳加入浓缩胶至离边缘5mm处,迅速插入样梳,静置40分钟.※样梳需一次平稳插入,梳口处不得有气泡,梳底需水平.四.实验过程5.拔出样梳后,在上槽内加入缓冲液,没过锯齿时可拆去底端的琼脂糖.※要使锯齿孔内的气泡全部排出,否则会影响加样效果.6、加样三个。（1）取10µl标准蛋白溶解液于EP管内，再加入10µl2倍样品缓冲液，上样量为20µl。（2）取10µl样品1溶液，再加入10µl2倍样品缓冲液，上样量分别为5µl和10µl。7.用微量注射器距槽底三分之一处进样,加样前,样品在沸水中加热3分钟，去掉亚稳态聚合。※注射器不可过低,以防刺破胶体,也不可过高,在样下沉时会发生扩散.※为避免边缘效应,最好选用中部的孔注样.四.实验过程8.电泳槽中加入缓冲液，接通电源，进行电泳，开始电流恒定在10mA，当进入分离胶后改为20mA，溴酚蓝距凝胶边缘约5mm时，停止电泳。9.凝胶板剥离与染色：电泳结束后，撬开玻璃板，将凝胶板做好标记后放在大培养皿内，加入染色液，染色1小时左右。10.脱色：染色后的凝胶板用蒸馏水漂洗数次，再用脱色液脱色，直到蛋白质区带清晰。※剥胶时要小心,保持胶完好无损,染色要充分..11.实验结果分析。五.分析计算绘制标准曲线：按下式计算相对迁移率：以每个蛋白标准的分子量对数对它的相对迁移率作图得标准曲线，量出未知蛋白的迁移率即可测出其分于量，这样的标难曲线只对同一块凝胶上的样品的分子量测定才具有可靠性。=蛋白样品距加样端迁移距离（cm）溴酚蓝区带中心距加样端距离（cm）相对迁移率六.思考题•在不连续体系SDS-PAGE中,当分离胶加完后,需在其上加一层水,为什么?•电极缓冲液中甘氨酸的作用?•在不连续体系SDS-PAGE中,分离胶与浓缩胶中均含有TEMED和AP,试述其作用?•样品液为何在加样前需在沸水中加热几分钟?