技术文章

垂直板聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质

一、实验目的

学习 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDS—PAGE)测定蛋白质的分子量的原理和基本

操作技术。

二、实验原理

蛋白质是两性电解质，在一定的 pH 条件下解离而带电荷。当溶液的 pH 大于蛋白

质的等电点(pI)时，蛋白质本身带负电，在电场中将向正极移动；当溶液的 pH 小于蛋

白质的等电点时，蛋白质带正电，在电场中将向负极移动；蛋白质在特定电场中移动

的速度取决于其本身所带的净电荷的多少、蛋白质颗粒的大小和分子形状、电场强度

等。

聚丙烯酰胺凝胶是由一定量的丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合而成的三维网状孔结

构。本实验采用不连续凝胶系统，调整双丙烯酰胺用量的多少，可制成不同孔径的

两层凝胶；这样，当含有不同分子量的蛋白质溶液通过这两层凝胶时，受阻滞的程

度不同而表现出不同的迁移率。由于上层胶的孔径较大，不同大小的蛋白质分子在

通过大孔胶时，受到的阻滞基本相同，因此以相同的速率移动；当进入小孔胶时，

分子量大的蛋白质移动速度减慢，因而在两层凝胶的界面处，样品被压缩成很窄的

区带。这就是常说的浓缩效应和分子筛效应。同时，在制备上层胶(浓缩胶)和下层

胶(分离胶)时，采用两种缓冲体系；上层胶 pH=6.7—6.8，下层胶 pH＝8.9；Tris —HCI 缓冲液中的 Tris 用于维持溶液的电中性及 pH，是缓冲配对离子；CI-是前导

离子。在 pH6.8 时，缓冲液中的 Gly-为尾随离子，而在 pH＝8.9 时，Gly 的解离度

增加；这样浓缩胶和分离胶之间 pH 的不连续性，控制了慢离子的解离度，进而达到

控制其有效迁移率之目的。不同蛋白质具有不同的等电点，在进入分离胶后，各种

蛋白质由于所带的静电荷不同，而有不同的迁移率。由于在聚丙烯酰胺凝胶电泳中

存在的浓缩效应，分子筛效应及电荷效应，使不同的蛋白质在同一电场中达到有效

的分离。

如果在聚丙烯酰胺凝胶中加入一定浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)，由于 SDS 带

有大量的负电荷，且这种阴离子表面活性剂能使蛋白质变性，特别是在强还原剂如

巯基乙醇存在下，蛋白质分子内的二硫键被还原，肽链*伸展，使蛋白质分子与

SDS 充分结合，形成带负电性的蛋白质—SDS 复合物；此时，蛋白质分子上所带的负

电荷量远远超过蛋白质分子原有的电荷量，掩盖了不同蛋白质间所带电荷上的差异。

蛋白质分子量愈小，在电场中移动得愈快；反之，愈慢。蛋白质的分子量与电泳迁

移率之间的关系是：

Mr=K(10-b· m) logMr=LogK—b·Rm，

式中 Mr ——蛋白质的分子量；

logK——截距；

b——斜率；

Rm ——相对迁移率。

实验证明，蛋白质分子量在 15,000—200,000 的范围内，电泳迁移率与分子量

的对数之间呈线性关系。蛋白质的相对迁移率 Rm＝蛋白质样品的迁移距离／染料(溴

酚蓝)迁移距离。这样，在同一电场中进行电泳，把标准蛋白质的相对迁移率与相应

的蛋白质分子量对数作图，由未知蛋白的相对迁移率可从标准曲线上求出它的分子

量。

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)法测定蛋白质的分子量具有简便、快速、重

复性好的优点，是目前一般实验室常用的测定蛋白质分子量的方法。

三、试剂及主要器材

1．主要试剂

1)标准蛋白混合液

内含：兔磷酸化酶 B(Mw 97,400)，牛血清蛋白(Mw 66,200)，兔肌动蛋白(Mw 43,000)，

牛磷酸酐酶(Mw 31,000)和鸡蛋清溶菌酶(Mw 14,400)

2)30％凝胶贮备液：丙烯酰胺（Acr） 29.2g，亚甲基双丙烯酰胺（Bis） 0.8g,

加双蒸水至 100mL。外包锡纸，4℃冰箱保存，30 天内使用。

3)分离胶缓冲液(1.5mol／L): Tris 18.17g,加双蒸水溶解,6mol/L HCl 调 pH8.8,

定容 100mL。4℃冰箱保存

4)浓缩胶缓冲液(0.5mol／L): Tris 6.06g,加水溶解，6mol/L HCl 调 pH6.8，并

定容到 100mL。4℃冰箱保存

5)电极缓冲液(pH8.3)：SDS lg，Tris 3g，Gly 14.4g，加双蒸水溶解并定容到 1000mL。

4℃冰箱保存。

6)10％SDS，室温保存

7)质量浓度 10％过硫酸铵(新鲜配制)

8)上样缓冲液：0.5mol／L Tris-HCl pH6.8 1.25mL，甘油 2mL，10％SDS 2mL，

β-巯基乙醇 1mL，0.1％溴酚蓝 0.5mL，加蒸馏水定溶至 10mL。

9)0.25％考马斯亮蓝 R-250 染色液：0.25g 考马斯亮蓝 R250，加入 91ml50%甲醇，

9ml 冰醋酸

10)脱色液：50ml 甲醇，75ml 冰醋酸与 875ml 双蒸水混合

11)未知分子量的蛋白质样品(1mg／mL )

2．实验器材

1) DYCZ-24D 垂直板电泳槽(北京市六一仪器厂)

2) 电泳仪

3) 长滴管及微量加样器

4) 烧杯(250mL、500m1)、量筒(500mL、 250m1)、培养皿(15cm´l5cm)

5) 注射器等

四、实验操作

1． 装板

将密封用硅胶框放在平玻璃上，然后将凹型玻璃与平玻璃重叠，将两块玻璃立

起来使底端接触桌面，用手将两块玻璃夹住放入电泳槽内，然后插入斜插板到适中

程度, 即可灌胶。

2． 凝胶的聚合

分离胶和浓缩胶的制备：按下表中溶液的顺序及比例，配置 10％的分离胶和 4.8％的浓

缩胶。

试剂名称 10%的分离胶 5%的浓缩胶

Acr/Bis 30%/ml

分离胶缓冲液（pH8.9）/ml

浓缩胶缓冲液（pH6.8）

10%SDS/ml

10%过硫酸铵/ul

双蒸水/ml

TEMED/ul

按上表各液加入混匀后配制成分离胶后，将凝胶液沿凝胶腔的长玻璃板的内面缓

缓用滴管滴入，小心不要产生气泡。将胶液加到距短玻璃板上沿 2cm 处为止,约 5mL。

然后用细滴管或注射器仔细注入少量水,约 0.5-1mL。室温放置聚合 30-40min。

待分离胶聚合后，用滤纸条轻轻吸去分离胶表面的水分，按上表制备浓缩胶。用

长滴管小心加到分离胶的上面，插入样品模子(梳子)；待浓缩胶聚合后，小心拔出样

品模子。

3．蛋白质样品的处理

若标准蛋白质或欲分离的蛋白质样品是固体，称取 lmg 的样品溶解于 lmL 0.5mol

／L pH6.8Tris-盐酸缓冲液或蒸馏水中；若样品是液体，要测定蛋白质浓度，按 1.0～

1.5mg／mL溶液比例，取蛋白质样液与样品处理液等体积混匀。本实验所用样品为 15～

20mg 的标准蛋白样品溶液，放置在 0.5mL 的离心管中，加入 15—20ml 的样品处理液。

在 100℃水浴中处理 2min，冷却至室温后备用。

吸取未知分子量的蛋白质样品 20ml，按照标准蛋白的处理方法进行处理。

4． 加样

SDS-聚丙烯酰胺凝胶垂直板型电泳的加样方法

用手夹住两块玻璃板,上提斜插板使其松开,然后取下玻璃胶室去掉密封用硅胶

框,注意在上述过程中手始终给玻璃胶室一个夹紧力,再将玻璃胶室凹面朝里置入电

泳槽,插入斜板,将缓冲液加至内槽玻璃凹面以上,外槽缓冲液加到距平板玻璃上沿

3mm 处即可,注意避免在电泳槽内出现气泡。

加样时可用加样器斜靠在提手边缘的凹槽内，以准确定位加样位置，或用微量

注射器依次在各样品槽内加样，各加 10～15ml(含蛋白质 10～15mg)，稀溶液可加

20～30ml (还要根据胶的厚度灵活掌握)。

5．电泳

加样完毕，盖好上盖，连接电泳仪，打开电泳仪开关后，样品进胶前电流控制

在 15～20mA，大约 15～20min；样品中的溴酚蓝指示剂到达分离胶之后，电流升到

30～45mA，电泳过程保持电流稳定。当溴酚蓝指示剂迁移到距前沿 1～2cm 处即停止

电泳，约 1-2 小时。如室温高，打开电泳槽循环水，降低电泳温度。

6．染色、脱色

电泳结束后，关掉电源，取出玻璃板，在长短两块玻璃板下角空隙内，用刀轻

轻撬动，即将胶面与一块玻璃板分开，然后轻轻将胶片托起，指示剂区带中心插入

铜丝作为标志，放入大培养皿中染色，使用 0.25％的考马斯亮蓝染液，染色 2～4h，

必要时可。

弃去染色液，用蒸馏水把胶面漂洗几次，然后加入脱色液，进行扩散脱色，经

常换脱色液，直至蛋白质带清晰为止。

7．结果处理

1)测量脱色后凝胶板的长度和每个蛋白质样品移动距离(即蛋白质带中心到加样孔

的距离)，测量指示染料迁移的距离。

2)按以下公式计算蛋白质样品的相对迁移率(Rm)

相对迁移率＝样品迁移距离(cm)／染料迁移距离(cm)

3)标准曲线的制作：以各标准蛋白质相对迁移率为横坐标，蛋白质分子量的对数为

纵坐标在半对数坐标纸上做图，得到一条标准曲线。

4)测定蛋白质样品的分子量：根据待测蛋白质样品的相对迁移率，从标准曲线上查

得该蛋白质的分子量。

4． 加样

SDS-聚丙烯酰胺凝胶垂直板型电泳的加样方法