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等電聚焦電泳法測定蛋白質的等電點

更新時間:2019-03-19瀏覽:2406次

實驗原理

等電聚焦(Isoelectric focusing,簡稱 IEF)是六十年代中期出現的新技術。近年

來等電聚焦技術有了新的進展,已迅速發展成為一門成熟的近代生化實驗技術。目前等

電聚焦技術已可以分辨等電點(pI)只差 0.001pH 單位的生物分子。由于其分辨力高,

重復性好,樣品容量大,操作簡便迅速,在生物化學、分子生物學及臨床醫學研究中得

到廣泛的應用。

蛋白質分子是典型的兩性電解質分子。它在大于其等電點的 pH 環境中解離成帶負

電荷的陰離子,向電場的正極泳動,在小于其等電點的 pH 環境中解離成帶正由荷的陽

離子,向電場的負極泳動。這種泳動只有在等于其等電點的 pH 環境中,即蛋白質所帶

的凈電荷為零時才能停止。如果在一個有 pH 梯度的環境中,對各種不同等電點的蛋白

質混合樣品進行電泳,則在電場作用下,不管這些蛋白質分子的原始分布如何,各種蛋

白質分子將按照它們各自的等電點大小在 pH 梯度中相對應的位置處進行聚焦,經過一

定時間的電泳以后,不同等電點的蛋白質分子便分別聚焦于不同的位置 。這種按等電

點的大小,生物分子在 pH 梯度的某一相應位置上進行聚焦的行為就稱為“等電聚焦”。

等電聚焦的特點就在于它利用了一種稱為兩性電解質載體的物質在電場中構成連續的

pH 梯度,使蛋白質或其他具有兩性電解質性質的樣品進行聚焦,從而達到分離、測定

和鑒定的目的。

184185

兩性電解質載體,實際上是許多異構和同系物的混合物,它們是一系列多羧基多氨

基脂肪族化合物,分子量在 300~1000 之間。常用的進口兩性電解質為瑞典

Pharmacia-LKB 公司生產的 Ampholine 和 Pharmalyte,價格昂貴。國產的有中國軍

事醫學科學院放射醫學研究所和上海生化所生產的兩性電解質,價格便宜,質量尚佳。

兩性電解質在直流電場的作用下,能形成一個從正極到負極的 pH 值逐漸升高的平滑連

續的 pH 梯度。若不同的 pH 值的兩性電解質的含量與 pI 值的分布越均勻,則 pH 梯度

的線性就越好。對 Ampholine 兩性電解質的要求是緩沖能力強,有良好的導電性,分

子量要小,不干擾被分析的樣品等。

在聚焦過程中和聚焦結束取消了外加電場后,如保持 pH 梯度的穩定是極為重要的。

為了防止擴散,穩定 pH 梯度,就必須加入一種抗對流和擴散的支持介質,zui常用的這

種支持介質就是聚丙烯酰胺凝膠。當進行聚丙烯酰胺凝膠等電聚焦電泳時,凝膠柱內即

產生 pH 梯度,當蛋白質樣品電泳到凝膠柱內某一部位,而此部位的 pH 值正好等于該

蛋白質的等電點時,該蛋白質即聚焦形成一條區帶,只要測出此區帶所處部位的 pH 值,

即為其等電點。電泳時間越長,蛋白質聚焦的區帶就越集中,越狹窄,因而提高了分辨

率。這是等電聚焦的一大優點,不像一般的其他電泳,電泳時間過長則區帶擴散。所以

等電聚焦電泳法不僅可以測定等電點,而且能將不同等電點的混合的生物大分子進行分

離和鑒定。

早期的等電聚焦電泳是垂直管式的,其特點是體系是封閉的,不與空氣接觸,可防

止樣品氧化。近年來,又發展了超薄層水平板式等電聚焦電泳。此法的優點是加樣數量多,節省兩性電解質,電泳后固定、染色、干燥都十分迅速簡便,其zui大優點是防止了

電極液的電滲作用而引起正負兩極 pH 梯度的漂變。

測定 pH 梯度的方法有四種:

1. 將膠條切成小塊,用水浸泡后,用精密 pH 試紙或進口的細長 pH 復合電極測定

pH 值,然后作圖。

2. 用表面 pH 微電極直接測定膠條各部分的 pH 值,然后作圖。

3. 用一套已知不同的 pI 值的蛋白質作為標準,測定 pH 梯度的標準曲線。

4. 將膠條于-70℃冰凍后切成 1mm 的薄片,加入 0.5ml 0.01M KCl,用微

電極測其 pH。

儀器和用具

1. 電泳儀

2. 垂直管式園盤電泳槽一套

3. 注射器與針頭

4. 移液管:10ml、5ml、2ml、1ml、0.1ml

5. 小燒杯若干

6. 培養皿一套

7. 直尺

8. 小刀

9. 精密 pH 試紙和帶細長復合 pH 電極的 pH 計

186187

10. 塑料薄膜和橡皮筋

試劑

1. 丙烯酰胺

2. 甲叉雙丙烯酰胺

3. 兩性電解質 Ampholine(40%,pH3.5~9.5)

4. 過硫酸胺(催化劑)

5. TEMED(四甲基yi二胺)(加速劑)

6. 磷酸

7. NaOH

8. 三氯yi酸(TCA)

溶液配制

1. 丙烯酰胺貯液(30%丙烯酰胺,交聯度 2.6%):,30g 丙烯酰胺和 0.8g 甲叉雙

丙烯酰胺溶于 H2O,定容至 100ml,濾去不溶物后存于棕色瓶,4℃可保存數月。(全

班公用)(另一配方為 29.1g 丙烯酰胺和 0.9g 甲叉雙丙烯酰胺溶于 H2O,定容至

100ml,交聯度為 3.0%)。

2. 兩性電解質 Amphline(40%)的加入量為:50ml /ml 膠液。

3. 過硫酸胺:配成 1mg/ml 的濃度,當天配制,配 100ml 全班公用。膠液中的加

入量為 0.5mg/ml 膠液。

4. TEMED:膠液中的加入量為 1ml/ml 膠液。´

100

%

´

=

膠液總體積

丙烯酰胺貯液濃度

貯液加入量

膠濃度

T

´

100

%

+

=

a

b

b

C

膠液中丙烯酰胺的量

甲叉雙丙烯酰胺的量

膠液中甲叉雙丙烯酰胺

的量

交聯度

188

5. 蛋白質樣品:選用兩種等電點相差較大的蛋白質,每根垂直管中每種蛋白質的

加樣量控制在<100mg。蛋白質樣品配制成各為 5mg/ml 的濃度。配 2.5ml 全班公用。

6. 固定液:10%的三氯yi酸,每組配 50ml。

7. 陽極電極液:0.1M H3PO4

3.4ml 濃磷酸(85%)加 H2O 至 500ml,每個電泳槽用 500ml。

8. 陰極電極液:0.5M NaOH

2g NaOH 加 H2O 溶解至 500ml,每個電泳槽用 500ml。

操作步驟

1. 配膠

膠濃度

5.0%

4.8%

5.0%

膠液總體積

8ml

10ml

12ml

丙烯酰胺貯液

1.33ml

1.60ml

2.0ml

Ampholine

0.40ml

0.50ml

0.60ml

TEMED

0.008ml

0.010ml

0.012ml

蛋白質樣品

0.080ml

0.100ml

0.120ml

H2O

2.26ml

2.79ml

3.27ml

過硫酸銨(1mg/ml) 4.0ml

5.0ml

6.0ml

裝管數

4 支

5 支

6 支100

%

2

.

6

%

30

0

.

8

0

.

8

´

=

+

交聯度

C

=

189

過硫酸銨是膠聚合的催化劑,因此zui后加入,加畢,立即搖勻,因膠很快就會聚合,

必須立即裝管。通常化學聚合的膠液,需在過硫酸銨加入前進行減壓抽氣處理,本實驗

將此抽氣步驟省略并不影響實驗結果。

2. 裝管

每個學生裝兩支管,每組裝四支。先用肥皂洗手,然后將圓盤電泳槽的玻璃管洗凈,

底端用塑料薄膜和橡皮筋封口,垂直放在試管架上,用移液管將配好的膠液移入管內,

(每根玻璃管的容量約為 1.5~1.8ml),液面加至距管口 1mm 處,用注射器輕輕加入少

許 H2O,進行水封,以消除彎月面使膠柱頂端平坦。膠管垂直聚合約 30 分鐘,聚合完

成時可觀察到水封下的折光面。

3. 裝槽和電泳

用濾紙條吸去膠管上端的水封,除去下端的薄膜,水封端向上,將膠管垂直插入圓

盤電泳槽內,調節好各管的高度,記下管號。每支管約 1/3 在上槽,2/3 在下槽。上槽

加入 500ml 0.1M H3PO4,下槽加入 500ml 0.1M NaOH,淹沒各管口和電極,用注

射器或滴管吸去管口的氣泡。上槽接正極,下槽接負極,開啟電泳儀,恒壓 160V,聚

焦 2 至 3 小時,至電流近于零不再降低時,停止電泳。4. 剝膠

取下膠管,用 H2O 將膠管和兩端洗 2 次,用注射器沿管壁輕輕插入針頭,在轉動

膠管和內插針頭的同時分別向膠管兩端注入 H2O 少許,膠條即自行滑出,若不滑出可

用洗耳球輕輕擠出。膠條置于小培養皿內,記住正為“頭”,負為“尾”,若分

不清時,可用 pH 試紙鑒定,酸性端為正,堿性端為負。

5. 固定

取 2 支膠條置于一個小培養皿內,倒入 10%三氯yi酸溶液至沒過膠條,進行固定,

約半小時后,即可看到膠條內蛋白質的白色沉淀帶。固定完畢,倒出固定液,用直尺量

出膠條長度“L2”和正到蛋白質白色沉淀帶中心(即聚焦部位)的長度“L’”。

固定后的膠條可在康強 860 紫外/可見分光光度計上用 280nm 或 238nm 波長作凝膠

掃描,然后用掃描圖作相應的測量和計算。

6. 測定 pH 梯度

將放在另一個培養皿內未固定的膠條,用直尺量出待測 pH 膠條的長度“L1”。按

照由正極至負極的順序,用鑷子和小刀依次將膠條切成 10mm 長的小段,分別置于小

試管中,加入 1ml H2O,浸泡半小時以上或過夜,用仔細校正后的帶細長 pH 復合電極

的 pH 計測出每管浸出液的 pH 值。

數據處理

1. 以膠條長度(mm)為橫座標,pH 值為縱座標作圖,得到一條 pH 梯度曲線。

所測每管的 pH 值為 10mm 膠條的 pH 的混合平均值。作圖時將此 pH 值取為 10mm

1902

1

'

L

L

L

=

L

´

191

小段中心即 5mm 處的 pH 值。

2. 用下式計算蛋白質聚焦部位至膠條正的實際長度 L :

上式中: L’——量出蛋白質的白色沉淀帶中心至膠條正的長度。

L1——測 pH 的膠條的長度

L2——固定后膠條的長度

3. 根據計算出的 L,由 pH 梯度曲線上查出相應的 pH 值,即為該蛋白質的等電點。

4. 畫出固定后所測膠條的示意圖。

附注

1.對兩性電解質的要求

兩性電解質是等電聚焦的關鍵試劑,所以對兩性電解質的質和量都要特別注意。兩

性電解質含量以 2%~3%較適合,能形成好的 pH 梯度。由于載體兩性電解質是由多yi

烯多胺與丙烯酸進行加成反應生成的混合物,防止時間過長會分菌,分解變質,不能使

用。

2.指教注意的問題

(1)丙烯酰胺是重結晶的。

(2)過硫酸銨一定要新配制。(3)所有水要用雙蒸水。

(4)制膠時,玻璃板和模板必須水平放置。

(5)模板要平直光滑,不然灌膠時易濺漏。

3、防止燒膠

(1)平板等點聚焦電泳的膠很薄(0.6mm),當問柳在 8mA 時,電壓可上升到 550V

以上,由于陰極飄移,造成局部電流過大,膠承*而被燒斷。

(2)防止燒膠的辦法:注意觀察,穩流 8mA,電壓上升到 550V 時,立即關電源。用

恒功率電泳儀,控制輸出功率在范圍。在一定功率范圍內,改進冷卻條件,使因電

流產生的熱量及時散去。

(3)如果膠被燒了,可在燒斷的位置換上一條寬的電極條壓過斷縫或在電源電極條內

側加一電極條,以此補救。

4.攪拌制作注意事項

固定液可使蛋白質變性,不再擴散,故一定要多換一次;在電泳后取膠、固定、染

色直至制干膠板都必須仔細,防止膠被損壞。

 

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