電泳

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電泳(electrophoresis),荷電顆粒或分子在電場中的泳動。1927年A.蒂塞利烏斯設計完全在液相中泳動的移動界面電泳,開創了電泳法分離蛋白質的先例。 將待分離蛋白質溶液置於U形管中,其上覆以緩衝溶液,兩端通以電流。在電泳時,各蛋白質向其相反電極的方向移動,通過光學折射系統,可察見各蛋白質移動的界面。但此法構造複雜,價格昂貴,難以普及使用。隨後在固相支持體中進行帶狀電泳,又設計出等電聚焦電泳、免疫電泳等,電泳技術日臻完美,應用範圍日趨廣泛。在臨床醫學中可利用電泳分析電液蛋白質各組分(如血漿脂蛋白)的比例失調,或某組分的丟失(如無γ球蛋白血症),或某異常成分(如異常血紅蛋白)的出現,有助於診斷許多疾病。對蛋白尿的鑒別診斷亦頗有幫助。利用雙向電泳可將細胞內上千種蛋白質成分分開,這一技術已開始應用於臨床醫學以診斷疾病。

原理

分子在電場中的泳動速度 (v)決定於其外加電場強度(E),以及與其分子的大小形狀關連的摩擦係數(┃)和荷電狀況(q)

v=Eq/┃

在電泳過程中,外加電場強度 (E)是恆定的,分子的泳動速率(μ,單位電場下的遷移速度)等於q/┃,分子荷電多,顆粒小,呈球狀(而非纖維狀)者,泳動速率快;反之則慢。故電泳可將各種不同的蛋白質分開,通過染色可顯出各蛋白質的區帶。鑒於同種蛋白質分子在同一電泳條件下的泳動速率必然相同,因此電泳可用以確定蛋白質的純度;若與已知的標準蛋白質同時電泳,還可鑒定該蛋白質。

種類

電泳可按不同的標準分類:

①  按照電泳支持體的不同,發展成各種帶狀電泳。如支持體為濾紙者稱紙上電泳,其他的支持體尚有醋酸纖維薄膜,澱粉凝膠,聚丙烯醯胺凝膠(由丙烯醯胺甲叉雙丙烯醯胺聚合而成,因二者的濃度及比例不同,可構成大小不同的凝膠孔徑),以及瓊脂糖凝膠等(因瓊脂糖凝膠孔徑大,適用於分離大分子核酸)。通常血漿蛋白質在紙上電泳或醋酸纖維薄膜電泳中,可分成清蛋白、α 球蛋白、β球蛋白及γ球蛋白諸帶;而在聚丙烯醯胺凝膠電泳中則可進一步分成三十餘條帶。

②  按照分子的荷電狀況的不同,發展成二類。等電聚焦電泳(IEF),是將兩性電解質固定於支持體上,外加電場時,因處於各部位上的兩性電解質受兩端電場強度的影響不同,其解離狀態不一,形成了一系列的pH梯度。當蛋白質泳動至某部位,該部位的pH正好與其等電點相同時,該蛋白質就在該處停留不動,這樣可將不同等電點的蛋白質分開。SDS聚丙烯醯胺凝膠電泳。 這是蛋白質在含有十二烷基磺酸鈉 (SDS)的緩衝液中進行電泳。蛋白質分子均因帶上SDS而荷負電。 平均每克蛋白質約結合1.4克SDS,且蛋白質的三維結構均被破壞而變性伸展,形狀一致,因此泳動速率只與分子的大小有關。可藉以測定蛋白質的分子量

③  聯合兩種不同的電泳方式。 雙向電泳即 SDS-IEF凝膠電泳。這是基於IEF對泳動率的決定因素是分子的電荷;而 SDS電泳則是基於分子量的大小。故若首先進行IEF,然後換成垂直方向,進行SDS電泳,兩者配合,在同一張凝膠片上可同時分離上千種蛋白質,轉移電泳。這是因為在凝膠電泳後難以用免疫化學酶反應染色,也難以對核酸進行雜交鑒定。乃通過轉移電泳,將凝膠上已分開的各帶,通過轉移電泳,轉移至硝酸纖維素薄膜上,方可進行特殊染色,或分子雜交,或進一步進行序列分析等。

近年來電泳技術更向微量化,快速化,自動化及高分辨力發展,如毛細管電泳等,成為生物化學實驗研究中最重要的手段之一。

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