电泳技术-ppt课件.ppt
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1、第六章第六章 电泳技术电泳技术1PPT课件前前 言言18091809年俄国物理学家年俄国物理学家首次首次发现电泳现象发现电泳现象。瑞典瑞典UppsalaUppsala大学物理化学系大学物理化学系SvedbergSvedberg教授教授提出提出了荷电了荷电的胶体颗粒在电场中移动的现象称其为的胶体颗粒在电场中移动的现象称其为电泳电泳(electrophoresiselectrophoresis)。)。19371937年瑞典年瑞典UppsalaUppsala大学的大学的TiseliusTiselius创造了创造了TiseliusTiselius电电泳仪泳仪,建立了研究蛋白质的移动界面电泳方法,并首,
2、建立了研究蛋白质的移动界面电泳方法,并首次证明了血清是由白蛋白及次证明了血清是由白蛋白及、球蛋白组成的。球蛋白组成的。19481948年年WielandWieland和和FischerFischer重新发展了以滤纸作为重新发展了以滤纸作为支持支持介质介质的电泳方法,对氨基酸的分离进行过研究。的电泳方法,对氨基酸的分离进行过研究。2PPT课件5050年代起,出现了利用各种固体物质(如各种滤年代起,出现了利用各种固体物质(如各种滤纸、醋酸纤维素薄膜、琼脂凝胶、淀粉凝胶等)纸、醋酸纤维素薄膜、琼脂凝胶、淀粉凝胶等)作为支持介质的区带电泳方法。作为支持介质的区带电泳方法。19591959年年Raymo
3、ndRaymond和和WeintraubWeintraub利用人工合成的凝胶利用人工合成的凝胶作为支持介质,创建了聚丙烯酰胺凝胶电泳,作为支持介质,创建了聚丙烯酰胺凝胶电泳,8080年代发展起来的新的毛细管电泳技术。年代发展起来的新的毛细管电泳技术。3PPT课件第一节第一节 电泳的基本原理电泳的基本原理 生物大分子物质如蛋白质和核酸,常以胶体颗粒生物大分子物质如蛋白质和核酸,常以胶体颗粒的形式分散在溶液中,并带有一定的正电荷或负电荷,的形式分散在溶液中,并带有一定的正电荷或负电荷,他们的净电荷取决于介质的他们的净电荷取决于介质的pHpH值。在电场中,带电颗粒值。在电场中,带电颗粒向阴极或阳极移
4、动,移动的速度和分子的形状大小、分向阴极或阳极移动,移动的速度和分子的形状大小、分子所带的电荷及分子的生物学性质有关,依据此性质可子所带的电荷及分子的生物学性质有关,依据此性质可以将不同两性分子分离。以将不同两性分子分离。4PPT课件溶液酸碱度影响蛋白质带电的性能。溶液酸碱度影响蛋白质带电的性能。5PPT课件u迁移率迁移率(mobility)(mobility)的定义:的定义:带电颗粒在单位电场强度下的泳动速度带电颗粒在单位电场强度下的泳动速度. .cmcm2 2/Vs/Vs VtdllVtdEvm6PPT课件u颗粒在溶液中迁移的驱动力颗粒在溶液中迁移的驱动力: 颗粒的颗粒的有效电荷有效电荷和
5、和电位梯度电位梯度。他们与介质。他们与介质的的摩擦力摩擦力抗衡,在自由溶液中,这种抗衡服抗衡,在自由溶液中,这种抗衡服从从斯托克斯定律斯托克斯定律 F=6rvF=6rvF F摩擦力摩擦力 r r 颗粒的半径颗粒的半径v v移动的速度移动的速度 介质的黏度介质的黏度7PPT课件u 影响电泳速度的因素影响电泳速度的因素颗粒性质颗粒性质: :直径、形状、静电荷。直径、形状、静电荷。电场强度电场强度: :电场强度越高,带电颗粒的泳动速度越快常电场强度越高,带电颗粒的泳动速度越快常压:压:2-10V/cm2-10V/cm溶液性质溶液性质: :电极溶液和蛋白质样品溶液电极溶液和蛋白质样品溶液pHpH、离子
6、强度、离子强度、溶液黏度。溶液黏度。 离子强度离子强度: 0.02-0.2,: 0.02-0.2,若离子强度过高,会降低颗若离子强度过高,会降低颗粒的迁移率。原因:带电粒子吸引周围的离子形成扩粒的迁移率。原因:带电粒子吸引周围的离子形成扩散层,导致颗粒增大阻力增大,迁移率降低。离子强散层,导致颗粒增大阻力增大,迁移率降低。离子强度过低,缓冲能力差,溶液度过低,缓冲能力差,溶液PHPH值变化影响迁移率。值变化影响迁移率。8PPT课件电渗电渗: :在电场作用下,在电场作用下,颗粒运动的方向与电渗方向一致时,加快颗粒的颗粒运动的方向与电渗方向一致时,加快颗粒的迁移率。反之亦然。迁移率。反之亦然。焦耳
7、热焦耳热: :电位梯度一定时,电流强度与电导率成正电位梯度一定时,电流强度与电导率成正比。比。 在电泳过程中,电流越大,放出热量也越多。在电泳过程中,电流越大,放出热量也越多。这会引起区带扩散,影响分辨率。溶液中这会引起区带扩散,影响分辨率。溶液中离子强离子强度越高,电流强度越高度越高,电流强度越高,产热越多,影响分辨率。,产热越多,影响分辨率。筛孔筛孔: :筛孔越大的介质,颗粒泳动速度越快。筛孔越大的介质,颗粒泳动速度越快。IE 9PPT课件第二节第二节 聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳(聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGEPAGE)是以聚丙烯酰是以聚丙烯酰胺凝胶为支持物的区
8、带电泳,是目前最常用的电胺凝胶为支持物的区带电泳,是目前最常用的电泳方法。泳方法。 10PPT课件2.1 2.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳的特点聚丙烯酰胺凝胶电泳的特点 设备简单设备简单样品量小(样品量小(1-1001-100微克)微克)时间短(时间短(30-6030-60分钟)分钟)操作方便操作方便分离范围广(多肽,蛋白,多糖等)分离范围广(多肽,蛋白,多糖等)可提高灵敏度改为超微量测定(可提高灵敏度改为超微量测定(1010-12 -12 - -1010-9-9)可用于蛋白质分子量可用于蛋白质分子量11PPT课件2.2 2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳原理聚丙烯酰胺凝胶电泳原理 以孔径大小不同的聚丙烯酰
9、胺凝胶为支持物,采以孔径大小不同的聚丙烯酰胺凝胶为支持物,采用电泳基质的不连续体系(即凝胶层、缓冲液离子成用电泳基质的不连续体系(即凝胶层、缓冲液离子成分、分、PHPH、电位梯度均不连续),使样品在不连续的两电位梯度均不连续),使样品在不连续的两层凝胶之间积聚浓缩成很窄的样品区带(厚度为层凝胶之间积聚浓缩成很窄的样品区带(厚度为0.10.1毫米),然后再进行分离,从而提高了分辨率。毫米),然后再进行分离,从而提高了分辨率。 12PPT课件2.2.12.2.1不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳的不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳的三种物理效应三种物理效应 样品的浓缩效应样品的浓缩效应凝胶的分子筛效应凝胶的分子筛效应
10、电荷效应电荷效应 这三种效应的结果使得样品中各组分达到良这三种效应的结果使得样品中各组分达到良好分离,例如:人血清纸电泳好分离,例如:人血清纸电泳5 5- -8 8个条带,个条带,PAGEPAGE电电泳泳2020- -3030个条带。个条带。13PPT课件A.A.样品的浓缩效应样品的浓缩效应 (1 1)凝胶层的不连续性)凝胶层的不连续性 电泳凝胶有两部分组成:浓缩胶和分离胶。电泳凝胶有两部分组成:浓缩胶和分离胶。 蛋白质在大孔凝胶(浓缩胶)中受到的阻力小,蛋白质在大孔凝胶(浓缩胶)中受到的阻力小,移动速度快。到分离胶的界面时,由于分离胶的孔移动速度快。到分离胶的界面时,由于分离胶的孔径小阻力大
11、,速度就减慢了。由于其不连续性,在径小阻力大,速度就减慢了。由于其不连续性,在大孔与小孔凝胶的界面处样品得到浓缩,区带变窄。大孔与小孔凝胶的界面处样品得到浓缩,区带变窄。14PPT课件(2 2)缓冲液离子成分的不连续性)缓冲液离子成分的不连续性 电场中如有两种电荷符号相同的离子向同一方电场中如有两种电荷符号相同的离子向同一方向移动,若迁移率不同,两种离子能形成界面,向移动,若迁移率不同,两种离子能形成界面,则走在前面的离子称快离子(先行离子),走在则走在前面的离子称快离子(先行离子),走在后面的离子称为慢离子(随后离子)。后面的离子称为慢离子(随后离子)。 通常氯离子为快离子,甘氨酸根离子为慢
12、离子,通常氯离子为快离子,甘氨酸根离子为慢离子,TRISTRIS为缓冲配对离子。为缓冲配对离子。 快离子慢离子和蛋白质样品的有效迁移率次序快离子慢离子和蛋白质样品的有效迁移率次序为:为: ClCl- - Pr Pr- - Gly Gly- - 。15PPT课件(3 3)电位梯度的不连续性)电位梯度的不连续性 电泳速度等于电位梯度与迁移率的乘积。电泳速度等于电位梯度与迁移率的乘积。 电导与电位梯度成反比。电导与电位梯度成反比。(4 4)pHpH的不连续性的不连续性 浓缩胶与分离胶之间有浓缩胶与分离胶之间有PHPH的不连续性,从而控的不连续性,从而控制慢离子的解离度,在浓缩胶中慢离子解离度低,制慢
13、离子的解离度,在浓缩胶中慢离子解离度低,在分离胶中解离度高。在分离胶中解离度高。 16PPT课件17PPT课件 B B分子筛效应分子筛效应 分子量或分子大小和形状不同的蛋白质通过分子量或分子大小和形状不同的蛋白质通过一定孔径分布的分离胶时,受阻滞的程度不同,一定孔径分布的分离胶时,受阻滞的程度不同,因此表现出不同的迁移率,成为分子筛效应。因此表现出不同的迁移率,成为分子筛效应。 小分子走在前,大分子走在后。小分子走在前,大分子走在后。 C C电荷效应电荷效应 电荷越多,泳动速度越快。电荷越多,泳动速度越快。18PPT课件2.32.3 聚丙烯酰胺凝胶的性能及制备聚丙烯酰胺凝胶的性能及制备2.3.
14、2.3.、性能、性能: :稳定、机械强度好、纯度高稳定、机械强度好、纯度高2.3.2.3.、制备原理:、制备原理:2.3.2.3. .制备原料:制备原料: 丙烯酰氨(丙烯酰氨(AcrAcr) ),亚甲基双聚丙烯酰胺,亚甲基双聚丙烯酰胺( (BisBis) )CH2=CHCONH2 + CH2=CHC CH2=CHC CH2CHCH2CHxCH2 CH2CHCH2CHxCH2CONH2 C=O CH2 NH NH O O CONH2C=ONH19PPT课件2.3.2.2 2.3.2.2 聚合方式聚合方式化学聚合化学聚合 光聚合光聚合: :20PPT课件21PPT课件22PPT课件3 3凝胶浓度和
15、交联度与孔径的关系凝胶浓度和交联度与孔径的关系 凝胶浓度(凝胶浓度(T T):):丙烯酰胺丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的总百分浓度。和亚甲基双丙烯酰胺的总百分浓度。交联交联度(度(C C):):亚甲基双丙烯酰胺(亚甲基双丙烯酰胺(b),b),丙烯酰胺丙烯酰胺(a)(a)。(%)100mbaT(%)100babC23PPT课件有效孔径取决于凝胶总浓度有效孔径取决于凝胶总浓度T%T%,有效孔径随有效孔径随T%T%的增的增加而减小。加而减小。有效孔径决定蛋白质的分离有效孔径决定蛋白质的分离24PPT课件有效孔径与交联度有效孔径与交联度( (C%)C%)有关。随交联度的增加而有关。随交联度的增加而减小。
16、减小。分离不同分子量样品所应选择的凝胶浓度分离不同分子量样品所应选择的凝胶浓度25PPT课件26PPT课件三、电泳后的检测三、电泳后的检测氨基黑氨基黑1010B B法:法:是一种酸性染料,其磺酸基与蛋白质反应构成复合盐。是一种酸性染料,其磺酸基与蛋白质反应构成复合盐。氨基黑染料染氨基黑染料染SDS-SDS-蛋白质效不好。染不同蛋白时,色蛋白质效不好。染不同蛋白时,色度不等,色调不一(蓝、黑、棕),纯度扫描时误差度不等,色调不一(蓝、黑、棕),纯度扫描时误差太大。太大。27PPT课件考马斯亮蓝考马斯亮蓝R250R250:灵敏度是氨基黑灵敏度是氨基黑1010B B的的5 5倍,但倍,但不适用于酸溶
17、蛋白、醇溶蛋白。不适用于酸溶蛋白、醇溶蛋白。考马斯亮蓝考马斯亮蓝G250G250:灵敏度不如灵敏度不如R250R250,但不溶于酸,但不溶于酸性溶液,本低无色。性溶液,本低无色。28PPT课件29PPT课件ANSANS法:法:1-1-苯胺基苯胺基-8-8-萘磺酸,萘磺酸, 本身无荧光,与蛋白结合后产生荧光,电泳后,本身无荧光,与蛋白结合后产生荧光,电泳后,取胶置平皿中,用此染料溶液浸取胶置平皿中,用此染料溶液浸1-31-3分钟,在紫外分钟,在紫外灯下观察,黄色。检测限灯下观察,黄色。检测限100100微克,如果不明显,微克,如果不明显,将胶取出暴露空气中或浸在将胶取出暴露空气中或浸在3 3摩尔
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