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SDS-PAGE原理、试剂配制和注意事项

2023-06-05 来源:步旅网
SDS是阴离子去污剂,能断裂分子内和分子间的氢键,破坏蛋白分子的二、三级结构。作用有四:去蛋白质电荷、解离蛋白质之间的氢键、取消蛋白分子内的疏水作用、去多肽折叠。而强还原剂如巯基乙醇,二硫苏糖醇能使绊胱氨酸残基间的二硫键断裂。在样品和凝胶中加入还原剂和SDS后,分子被解聚成多肽链,解聚后的氨基酸侧链和SDS结合成蛋白- SDS胶束,所带的负电荷大大超过了蛋白原有的电荷量,这样就消除了不同分子间的电荷差异和结构差异。

SDS-PAGE一般采用的是不连续缓冲系统,浓缩胶是由AP催化聚合而成的大孔胶,凝胶缓冲液为pH6.7的Tris-HC1。分离胶是由AP催化聚合而成的小孔胶,凝胶缓冲液为pH8.9 Tris-HC1。电极缓冲液是pH8.3 Tris-甘氨酸缓冲液。2种孔径的凝胶、2种缓冲体系、3种pH值使不连续体系形成了凝胶孔径、pH值、缓冲液离子成分的不连续性,这是样品浓缩的主要因素。

当样品液和浓缩胶选TRIS/HCL缓冲液,电极液选TRIS/甘氨酸。电泳开始后,HCL解离成氯离子,甘氨酸解离出少量的甘氨酸根离子。蛋白质带负电荷,因此一起向正极移动,其中氯离子最快,甘氨酸根离子最慢,蛋白居中。电泳开始时氯离子泳动率最大,超过蛋白,因此在后面形成低电导区,而电场强度与低电导区成反比,因而产生较高的电场强度,使蛋白和甘氨酸根离子迅速移动,形成以稳定的界面,使蛋白聚集在移动界面附近,浓缩成一中间层。

过硫酸铵(AP)为催化剂,四甲基乙二胺(TEMED)为加速剂。在聚合过程中,TEMED催化过硫酸铵产生自由基,后者引发丙烯酰胺单体聚合,同时甲叉双丙烯酰胺与丙烯酰胺链间产生甲叉键交联,从而形成三维网状结构。

当分子量在15KD到200KD之间时,蛋白质的迁移率和分子量的对数呈线性关系,符合下式:logMW=K-bX,式中:MW为分子量,X为迁移率,k、b均为常数,若将已知分子量的标准蛋白质的迁移率对分子量对数作图,可获得一条标准曲线,未知蛋白质在相同条件下进行电泳,根据它的电泳迁移率即可在标准曲线上求得分子量。

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳经常应用于提纯过程中纯度的检测,纯化的蛋白质通常在SDS电泳上应只有一条带,但如果蛋白质是由不同的亚基组成的,它在电泳中可能会形成分别对应于各个亚基的几条带。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳具有较高的灵敏度,一般只需要不到微克量级的蛋白质,而且通过电泳还可以同时得到关于分子量的情况,这些信息对于了解未知蛋白及设计提纯过程都是非常重要的。 Acr:丙烯酰胺

Bis:甲叉双丙烯酰胺

AP:过硫酸铵——化学催化剂

TEMED:四甲基乙二胺——加速剂

实验材料

1、30%丙烯酰胺混合液(Acr:Bis 为29:1):将60ml水预热至37摄氏度,加入丙烯酰胺(Acr)29g及甲叉丙烯酰胺(Bis),溶解并补水至100ml。用0.45微米孔径滤纸过滤,查证溶液pH值不超过7.0。贮棕色瓶中于4℃保存,可用一个月。(Acr)29.2g及(Bis)g

丙烯酰胺(Acr)及甲叉丙烯酰胺(Bis)有很强的神经毒性并容易吸附于皮肤,其作用具有累积效应。称量时应戴手套和口罩。

2、1.5mol/L pH8.8 Tris-HCl缓冲液 取1mol/L HCL溶液48ml、三羟甲基甲烷(Tris),加双蒸馏水至80ml使其溶解,调pH至8.8,然后用双蒸馏水稀释至100ml,置棕色瓶中,4℃贮存。

3、1.0mol/LpH6.8Tris-HCl缓冲液 取1mol/L HCL溶液48ml,Tris,加双蒸馏水至80ml,

调pH6.8,用双蒸馏水稀释至100ml,置棕色瓶中,4℃贮存。

100ml分离胶1.5mol/LpH8.8Tris-HCl缓冲液:将Trisg完全溶于50ml去离子水中,加HCL调pH至8.8,加水定容至100ml。室温保存。 100ml积层胶:将Trisg完全溶于50ml去离子水中,加HCL调pH至6.8,加水定容至100ml。室温保存。

4、Tris-甘氨酸电泳缓冲液94g甘氨酸,加入50ml 10%(w/v)SDS(电泳级)存储液(),用去离子水补至1000ml。pH 8.3。

5、10% 过硫酸铵(AP):过硫酸铵于1.5ml进口EP管中,用时加1ml去离子水溶解。2周内使用。

6、10%SDS(十二烷基磺酸钠):在900ml水预热至68摄氏度,加入100g电泳级SDS溶解,补水至1000ml。SDS颗粒易扩散,称量时戴面罩。10%SDS无需灭菌。室温保存。

7、四甲基乙二胺(TEMED):10% TEMED 0.1ml TEMED , 加0.9 ml蒸馏水。

8、上样缓冲液 取1.0mol/LpH6.8Tris-HCl缓冲液6.25ml,蔗糖10g,SDS ,1g/L溴酚蓝10ml,加蒸馏水溶解,混合至100ml。

样品缓冲液:5ml1mol/l的Tris-HCl(pH6.7),2.5gSDS,1ml巯基乙醇,溴酚兰,10g蔗糖,加水定容至100ml。 2×样品缓冲液(10ml):甘油2ml,溴酚蓝,1MTris·Cl()1ml巯基乙醇,10%SDS 4ml。 2×上样缓冲液(10ml):0.6ml 1mol/L Tris-HCL (pH6.8),4ml 50%的甘油,2ml 10% SDS, 2ml 1mol/L 二硫苏糖醇(DTT),1ml 1%溴酚蓝,0.9ml蒸馏水,可在4℃存放数周,或在-20℃保存数月。 2×上样缓冲液(10ml):1ml 1mol/L Tris-HCL (pH6.8),2ml 100%的甘油,4ml 10% SDS, 2ml 1mol/L 二硫苏糖醇(DTT),2g溴酚蓝,1ml去离子水,在-20℃保存数月。

9、考马斯亮蓝R250染色液:45ml去离子水,45ml甲醇,10ml冰乙酸混合液,溶解考马斯亮蓝R-250,加入的先后顺序为:考马斯亮蓝R250,甲醇或者乙醇,蒸馏水,乙酸。用Whatman 1号滤纸过滤染液去除颗粒物质。不可隔夜以免影响染色效果。

10、脱色液:45ml去离子水,45ml甲醇,10ml冰乙酸混合液。 取冰醋酸7.5ml、甲醇5ml,加蒸馏水至100ml。

考马斯亮蓝脱色液:10ml甲醇,10ml冰醋酸,80ml蒸馏水。

11、蛋白质分子量标志物:市售中分子量蛋白质分子量标志物。也可选择5种以上的已知分子量蛋白质自行配制,注意其分子量分布要能满足需要,各种蛋白质的浓度基本相等。

配制Tris-甘氨酸SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离胶溶液 溶液成分 6% 水 总体积 总体积 总体积 总体积 总体积 总体积 5ml 10ml 15ml 20ml 25ml 30ml 30%丙烯酰胺 Tris(pH 8.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED 8% 水 30%丙烯酰胺 Tris(pH 8.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED 10% 水 30%丙烯酰胺 Tris(pH 8.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED 12% 水 30%丙烯酰胺 Tris(pH 8.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED 15% 水 30%丙烯酰胺 Tris(pH 8.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED

配制Tris-甘氨酸 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳5% 浓缩胶溶液 溶液成分 水 30%丙烯酰胺 1M Tris(pH 6.8) 10% SDS 10%过硫酸胺 TEMED 总体积 3ml 总体积 4ml 总体积 5ml 总体积 6ml 总体积 8ml 四、实验方法

1、用1%琼脂将长玻璃板下端封住,冷凝30分,灌12%分离胶(15ml),凝胶液加至约距前玻璃板顶端(距梳子齿约),接着在分离胶溶液上轻轻覆盖约1cm高的蒸馏水以封胶。约30min后,若在分离胶与水层之间可见一个清晰的界面,表明凝胶已聚合。将水倒出,吸干,灌满5%浓缩胶(8ml,4ml用于Mini-Protein Ⅲ 型电泳槽)后立即插入梳子,冷凝30分后取出梳子。

2、预电泳:将1X电泳缓冲液加入内外电泳槽,使凝胶的上下端均能浸泡在电泳缓冲液内;接通电源,上槽为负极,下槽为正极,80V预电泳3~5min。

3、取20-30μl蛋白提取液与20-30μl样品缓冲液混合,于100℃水浴加热3-5min使蛋白变性(离心 5~10s),用微量进样器以50μl的量注入点样孔,不加样槽注入样品缓冲液。 取20ul收集液,加入5×样品缓冲液5ul,在80℃水浴锅中煮5min。 取血清0.1ml、上样缓冲液0.9ml,混匀,在沸水中煮沸5min。

4、打开电源将电压调到80v,待样品跑过压缩胶后将电压调到120-150v至电泳到胶底部为止。

5、将凝胶小心取下放入容器中,加入染色液,用摇床摇2-3h(染色时间需根据凝胶厚度适当调整);待条带清晰后倒出染色液,凝胶脱色至大致看清条带约需1h,完全脱色则需更换脱色液2~3次,震荡达24h以上。

将电泳后的凝胶取出,置于培养皿中,用蒸馏水冲去残留缓冲液,加入染色液将凝胶完全浸泡其中,放入微波炉内,高火档照射20秒,停留1min,再照射10秒,反复几次至凝胶上色后倒出染色液,用蒸馏水冲去残留染色液,加入脱色液,高火档照射20秒,倒出脱色液,再加入新鲜脱色液照射20秒,重复5-6次,直至背景清晰透明,于凝胶分析仪上成像分析。

【注意事项】

1. 凝胶不聚合的可能原因

(1)试剂质量差,应使用电泳级别的试剂。

(2)过硫酸铵和TEMED的量不够或失活,可增加剂量或重配新鲜的储存液。 (3)凝胶聚合时温度太低,应以室温为宜。

2. 上样时,样品不能沉到加样孔底部,可能是上样缓冲液中甘油含量不足;或是加样孔底部留有聚合的丙烯酰胺。 3. 经过煮沸的样品虽然可以在-20℃保存数周,但若反复冻融会导致蛋白质的降解。从-20℃取出的样本,上样前应先升至室温,确保SDS沉淀溶解。

4. 注意避免电泳条带弯曲畸变:①“微笑” 现象,可能是因为凝胶中间部分温度过高,降低电压便可得到改善.②“皱眉”现象,常常是因为凝胶底部有气泡或聚合不均匀。③“拖尾”、“纹理”现象,则多为样品溶解不佳,增加蛋白样品的溶解度并离心除去不溶性颗粒即可克服。(主要是样品融解效果不佳或分离胶浓度过大引起的。处理办法:加样前离心;选择适当的样品缓冲液,加适量样品促溶剂;电泳缓冲液时间过长,重新配制;降低凝胶浓度。)④“晕轮”效应(holo effect)多为加样过量所致。

5. 非特异性的染色主要是由于未溶解的染料的沉积而成,应将染料溶液过滤后再用。 6. 如果电泳后将对蛋白质进行定量检测,须特别注意:1)已知和未知样品必须使用相同的溶剂系统、相同的浓度、相同的加样量,并在同一块凝胶上电泳和染色。 2. 样品如何处理?

根据样品分离目的不同,主要有三种处理方法:还原SDS处理、非还原SDS处理、带有烷基化作用的还原SDS处理。

1)还原SDS处理:在上样buffer中加入SDS和DTT(或Beta巯基乙醇)后,蛋白质构象被解离,电荷被中和,形成SDS与蛋白相结合的分子,在电泳中,只根据分子量来分离。一般电泳均按这种方式处理,样品稀释适当浓度,加入上样Buffer,离心,沸水煮5min,再离心加样。

2)带有烷基化作用的还原SDS处理:碘乙酸胺的烷基化作用可以很好的并经久牢固的保护SH基团,得到较窄的谱带;另碘乙酸胺可捕集过量的DTT,而防止银染时的纹理现象。100ul样品缓冲液中10ul 20%的碘乙酸胺,并在室温保温30min。

3)非还原SDS处理:生理体液、血清、尿素等样品,一般只用1%SDS沸水中煮3min,未加还原剂,因而蛋白折叠未被破坏,不可作为测定分子量来使用。 4. 提高SDS-PAGE电泳分辨率的途径?

聚丙烯酰胺的充分聚合,可提高凝胶的分辨率。建议做法:待凝胶在室温凝固后,可在室温下放置一段时间使用。忌即配即用或4度冰箱放置,前者易导致凝固不充分,后者可导致SDS结晶。一般凝胶可在室温下保存4天,SDS可水解聚丙烯酰胺。 9. 什么是“鬼带”,如何处理?

“鬼带”就是在跑大分子构象复杂的蛋白质分子时,常会出现在泳道顶端(有时在浓缩胶中)的一些大分子未知条带或加样孔底部有沉淀,主要由于还原剂在加热的过程中被氧化而失去活性,致使原来被解离的蛋白质分子重新折叠结合和亚基重新缔合,聚合成大分子,其分子量要比目标条带大,有时不能进入分离胶。但它却于目标条带有相同的免疫学活性,在WB反应中可见其能与目标条带对应的抗体作用。

处理办法:在加热煮沸后,再添加适量的DTT或Beta巯基乙醇,以补充不足的还原剂;或可加适量EDTA来阻止还原剂的氧化。 11. 为什么电泳的条带很粗?

电泳中条带很粗是常见的事,主要是未浓缩好的原因。

处理办法:适当增加浓缩胶的长度;保证浓缩胶贮液的pH正确(6.7);适当降低电压; 12. 为什么电泳电压很高而电流却很低呢?

这种现象一般初学者易出现。比如电压50v以上,可电流却在5mA以下。主要是由于电泳槽没有正确装配,电流未形成通路。包括:a.内外槽装反;b.外槽液过少;c.电泳槽底部的绝缘体未去掉(比如倒胶用的橡胶皮)。 处理办法:电泳槽正确装配即可。

14. 凝胶时间不对,或慢或快,怎么回事?

通常胶在30MIN-1H内凝。如果凝的太慢,可能是TEMED,APS剂量不够或者失效。APS应该现配现用,TEMED不稳定,易被氧化成黄色。 如果凝的太快,可能是APS和TEMED用量过多,此时胶太硬易裂,电泳时易烧胶。 15. 电泳时间比正常要长?

可能由于凝胶缓冲系统和电级缓冲系统地PH选择错误,即缓冲系统地PH和被分离物质的等电点差别太小,或缓冲系统的离子强度太高。

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