科邦实验室电泳的原理、分类和应用( 三 )

电泳是指带电颗粒在电场的作用下发生迁移的过程。许多重要的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等都具有可电离基团，它们在某个特定的pH值下可以带正电或负电，在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电荷极性相反的电极方向移动。电泳技术就是利用在电场的作用下，由于待分离样品中各种分子带电性质以及分子本身大小、形状等性质的差异，使带电分子产生不同的迁移速度，从而对样品进行分离、鉴定或提纯的技术。
电泳过程必须在一种支持介质中进行。 Tiselius等在1937年进行的自由界面电泳没有固定支持介质，所以扩散和对流都比较强，影响分离效果。于是出现了固定支持介质的电泳，样品在固定的介质中进行电泳过程，减少了扩散和对流等干扰作用。最初的支持介质是滤纸和醋酸纤维素膜，目前这些介质在实验室已经应用得较少。在很长一段时间里，小分子物质如氨基酸、多肽、糖等通常用滤纸或纤维素、硅胶薄层平板为介质的电泳进行分离、分析；但目前则一般使用更灵敏的技术如HPLC等来进行分析。这些介质适合于分离小分子物质，操作简单、方便。但对于复杂的生物大分子则分离效果较差。凝胶作为支持介质的引入大大促进了电泳技术的发展，使电泳技术成为分析蛋白质、核酸等生物大分子的重要手段之一。最初使用的凝胶是淀粉凝胶，但目前使用得最多的是琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶。蛋白质电泳主要使用聚丙烯酰胺凝胶。
影响因素
1．电泳介质的pH值
溶液的pH值决定带电物质的解离程度，也决定物质所带净电荷的多少.对蛋白质，氨基酸等类似两性电解质， pH值离等电点越远，粒子所带电荷越多，泳动速度越快，反之越慢。因此，当分离某一种混合物时，应选择一种能扩大各种蛋白质所带电荷量差别的pH值，以利于各种蛋白质的有效分离.为了保证电泳过程中溶液的pH值恒定，必须采用缓冲溶液。
2. 缓冲液的离子强度
溶液的离子强度（Ion intensity）是指溶液中各离子的摩尔浓度与离子价数平方的积的总和的1/2.带电颗粒的迁移率与离子强度的平方根成反比。低离子强度时，迁移率快，但离子强度过低，缓冲液的缓冲容量小，不易维持pH恒定。高离子强度时，迁移率慢，但电泳谱带要比低离子强度时细窄。通常溶液的离子强度在0.02～0.2之间。
I=1/2∑CiZi2 (I：离子强度；Ci：离子的摩尔浓度；Zi：离子价数. )
0.154M NaCl溶液的离子强度为：
I= 1/2(0.154×12+0.154×12)=0.154
0.015M Na2SO4溶液的离子强度为：
I= 1/2(0.015×2×12+0.015×22)=0.045
3．电场强度
电场强度（电势梯度Electric field intensity）是指每厘米的电位降(电位差或电位梯度）.电场强度对电泳速度起着正比作用，电场强度越高，带电颗粒移动速度越快。根据实验的需要，电泳可分为两种：一种是高压电泳，所用电压在500～1000V或更高.由于电压高，电泳时间短（有的样品需数分钟），适用于低分子化合物的分离，如氨基酸，无机离子，包括部分聚焦电泳分离及序列电泳的分离等。因电压高，产热量大，必须装有冷却装置，否则热量可引起蛋白质等物质的变性而不能分离，还因发热引起缓冲液中水分蒸发过多，使支持物（滤纸，薄膜或凝胶等）上离子强度增加，以及引起虹吸现象（电泳槽内液被吸到支持物上）等，都会影响物质的分离.另一种为常压电泳，产热量小，室温在10～25℃分离蛋白质标本是不被破坏的，无需冷却装置，一般分离时间长。
4．电渗现象
在电场中液体对于一个固体的固定相相对移动称为电渗.在有载体的电泳中，影响电泳移动的一个重要因素是电渗。最常遇到的情况是γ-球蛋白，由原点向负极移动，这就是电渗作用所引起的倒移现象.产生电渗现象的原因是载体中常含有可电离的基团，如滤纸中含有羟基而带负电荷，与滤纸相接触的水溶液带正电荷，液体便向负极移动。由于电渗现象往往与电泳同时存在，所以带电粒子的移动距离也受电渗影响；如电泳方向与电渗相反，则实际电泳的距离等于电泳距离加上电渗的距离.琼脂中含有琼脂果胶，，其中含有较多的硫酸根，所以在琼脂电泳时电渗现象很明显，许多球蛋白均向负极移动。除去了琼脂果胶后的琼脂糖用作凝胶电泳时，电渗大为减弱.电渗所造成的移动距离可用不带电的有色染料或有色葡聚糖点在支持物的中心，以观察电渗的方向和距离。