在蛋白印跡的第一步中,蛋白在凝膠基質中進行物理分離,這一過程被稱為凝膠電泳(圖1.1)。 將蛋白樣品與上樣緩衝液進行混合,加載到凝膠上,這些蛋白帶有負電荷並向正電極進行移動。
根據使用的凝膠和緩衝體系的類型,蛋白質在凝膠基質中遷移的距離主要由質量:單個蛋白質的電荷比或蛋白質分子量進行分離。
蛋白電泳可以在天然或變性條件下進行(表1.1)。變性條件適合大多數應用,然而,如果需要保留蛋白質的空間結構,則必須使用非變性電泳條件。
圖1.1. 聚丙烯醯胺凝膠電泳
表1.1. 非變性電泳vs變性凝膠電泳
最常用的蛋白質電泳方法是SDS-PAGE凝膠電泳。SDS-PAGE凝膠由pH緩衝溶液,丙烯醯胺和雙丙烯醯胺的混合物(凝膠基質組分)和SDS組成。過硫酸銨(APS)和四甲基乙二胺 (TEMED)用於催化丙烯醯胺單體的聚合,雙丙烯醯胺的加入確保了丙烯醯胺單體鏈的交聯。
凝膠的分辨能力由凝膠的孔徑決定,孔徑由丙烯醯胺的濃度和雙丙烯醯胺交聯劑的濃度共同決定。一般來說,較高比例的凝膠具有較小的孔徑,用於分離分子量較低的蛋白質。較低比例的凝膠具有較大的孔徑,用於分離分子量較大的蛋白。表1.2為不同丙烯醯胺含量凝膠的解析度。
圖1.2. 蛋白質SDS變性的機制
1.2. 不同濃度丙烯醯胺的分辨能力
不連續凝膠(也稱為Laemmli凝膠)是最常用的凝膠系統之一,提供比連續凝膠系統更清晰,更明確的條帶。
不連續凝膠系統由兩層堆疊的凝膠組成,每層凝膠具有不同的丙烯醯胺濃度和pH值,以及與兩種凝膠具有不同pH值的緩衝液。兩種凝膠的pH值和緩衝液之間的不連續性改變了離子的遷移率,特別是兩性離子通過兩種凝膠的遷移率,進而影響蛋白的遷移率。
頂部的凝膠層稱為堆積凝膠或聚焦凝膠。堆積凝膠中丙烯醯胺的含量較低,pH值最低。在典型的甘氨酸緩衝體系中,堆積凝膠的pH值為6.8,緩衝液的pH值為8.3。堆積凝膠的目的是在所有蛋白進入分離膠之前,將它們集中成一個單一的、緊密的條帶。
分離膠,含有丙烯醯胺的百分比濃度較高。在甘氨酸緩衝體系中,典型的分離膠的pH值為8.8 -高於堆積凝膠和緩衝液的pH值。分離膠的目的是根據分子量大小來分離蛋白,因此選擇凝膠的組成(pH,丙烯醯胺的百分比),以確保蛋白在凝膠中移動。
除了改變凝膠的組成和設置外,改變電泳緩衝體系還可以優化凝膠電泳過程中的蛋白質分離(表1.3)。
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