實驗技巧:SDS-PAGE 電泳常見問題及指南
Q:SDS-PAGE 電泳的基本原理?
A:SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳,是在聚丙烯酰胺凝膠系統中引進 SDS(十二烷基硫酸鈉), SDS 會與變性的多肽,并使蛋白帶負電荷,由于多肽結合 SDS 的量幾乎總是與多肽的分子量成正比而與其序列無關,因此 SDS 多肽復合物在丙稀酰胺凝膠電泳中的遷移率只與多肽的大小有關,在達到飽和的狀態下,每克多肽可與 1.4 g 去污劑結合。當分子量在 15KD 到 200KD 之間時,蛋白質的遷移率和分子量的對數呈線性關系,符合下式:logMW=K-bX,式中:MW 為分子量,X 為遷移率,k、b 均為常數,若將已知分子量的標準蛋白質的遷移率對分子量對數作圖,可獲得一條標準曲線,未知蛋白質在相同條件下進行電泳,根據它的電泳遷移率即可在標準曲線上求得分子量。Q:配膠緩沖液系統對電泳的影響?
A:在 SDS-PAGE 不連續電泳中,制膠緩沖液使用的是 Tris-HCL 緩沖系統,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。在濃縮膠中,其 pH 環境呈弱酸性,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,兩者之間形成導電性較低的區帶,蛋白分子就介于二者之間泳動。由于導電性與電場強度成反比,這一區帶便形成了較高的電壓剃度,壓著蛋白質分子聚集到一起,濃縮為一狹窄的區帶。當樣品進入分離膠后,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,在電場的作用下,蛋白分子根據其固有的帶電性和分子大小進行分離。所以,pH 對整個反應體系的影響是至關重要的,實驗中在排除其他因素之后仍不能很好解決問題的情況,應首要考慮該因素。Q:樣品如何處理?
A:根據樣品分離目的不同,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,蛋白質構象被解離,電荷被中和,形成 SDS 與蛋白相結合的分子,在電泳中,只根據分子量來分離。一般電泳均按這種方式處理,樣品稀釋適當濃度,加入上樣 Buffer,離心,沸水煮 5 min,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久牢固的保護 SH 基團,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象。100ul 樣品緩沖液中 10ul 20% 的碘乙酸胺,并在室溫保溫 30 min。
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 3 min,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。Q:SDS-PAGE 電泳凝膠中各主要成分的作用?
A: 聚丙烯酰胺的作用:丙烯酰胺為蛋白質電泳提供載體,其凝固的好壞直接關系到電泳成功與否,與促凝劑及環境密切相關;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,具體作用后面介紹;TEMED 與 AP:促凝作用,加速聚丙烯酰胺的凝固;
十二烷基硫酸鈉(SDS):陽離子去污劑,作用有四:去蛋白質電荷、解離蛋白質之間的氫鍵、取消蛋白分子內的疏水作用、去多肽折疊。Q:提高 SDS-PAGE 電泳分辨率的途徑?
A:1、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,前者易導致凝固不充分,后者可導致 SDS 結晶。一般凝膠可在室溫下保存 4 天,SDS 可水解聚丙烯酰胺。
2、一般常用的有氨基黑、考馬斯亮藍、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《蛋白質電泳技術手冊》P82-103。Q:「微笑」(兩邊翹起中間凹下)形帶原因?
A:主要是由于凝膠的中間部分凝固不均勻所致,多出現于較厚的凝膠中。處理辦法:待其充分凝固再作后續實驗。Q:「皺眉」(兩邊向下中間鼓起)形帶原因?
A:主要出現在蛋白質垂直電泳槽中,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。Q:為什么帶出現拖尾現象?
A: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;選擇適當的樣品緩沖液,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。Q:為什么帶出現紋理現象?
A: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。Q:什么是「鬼帶」,如何處理?
A:「鬼帶」就是在跑大分子構象復雜的蛋白質分子時,常會出現在泳道頂端(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分子重新折疊結合和亞基重新締合,聚合成大分子,其分子量要比目標條帶大,有時不能進入分離膠。但它卻于目標條帶有相同的免疫學活性,在 WB 反應中可見其能與目標條帶對應的抗體作用。
處理辦法:在加熱煮沸后,再添加適量的 DTT 或 Beta 巰基乙醇,以補充不足的還原劑;或可加適量 EDTA 來阻止還原劑的氧化。Q:為什么溴酚藍不能起到指示作用?
A:我們在實驗中常會遇到溴酚藍已跑出板底,但蛋白質卻還未跑下來的現象。主要與緩沖液和分離膠的濃度有關。處理辦法:更換正確 pH 值的 Buffer;降低分離膠的濃度。Q:為什么電泳的條帶很粗?
A: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:適當增加濃縮膠的長度;保證濃縮膠貯液的 pH 正確(6.7);適當降低電壓;Q:為什么電泳電壓很高而電流卻很低呢?
A:這種現象一般初學者易出現。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。Q:濃縮膠與分離膠斷裂、板間有氣泡對電泳有影響嗎?
A:這主要出現在初學者中,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入引起的。