完整版双向电泳原理与流程
(完整版)双向电泳原理与流程
GE Healthcare Life Sciences ——实现从发现到功能研究，从体外到体内的突破
GE Healthcare milestones in 2-D electrophoresis
2002
Amersham Biosciences launched Ettan™ DIGE
1991
Pharmacia Biotech introduced Immobiline DryStrip
1973
1978
1982
LKB introduced Immobiline™
1979
Pharmacia Fine Chemicals introduced Pharmalyte™
The first multiple separation system, ISO-DALT, was developed
4/ GE Title or job number /
2/3/2020
Why 2DE?
Only “Proteomics” is the large-scale screening of the proteins of a cell, organism or biological fluid, a process which requires stringently controlled steps of sample preparation, 2-D electrophoresis, image detection and analysis, spot identification, and database searches.
2/3/2020
双向电泳
30% Acrylamide储液
搅拌溶解 10% NP40 两性电解质(pH3~9.5) 10% 过硫酸铵*
1.6 mL
1.5 mL 0.50 mL 15 µ L
TEMED*
10 µ L
State Key Laboratory of Food Science and Technology
PART 3 实验方法 (3)灌制第一向凝胶 取1支1 mL注射器和一根长针头，吸取约0.5mL第一向凝胶
约7~8 h)停止电泳。如果聚焦好的凝胶不能马上进行第二向电
泳，在管内放置了几小时以上, 可在走第二向电泳之前再聚焦 电泳1~2h，以消除样品受扩散的影响。 (7)退胶 电泳结束后，在整极端凝胶内插入约1cm长的铜丝作为标
记，用洗耳球从玻璃管上样端轻轻挤入空气，将凝胶退胶或
用10mL注射器和长针头吸入一定的蒸馏水，将长针头一边沿 管壁推入一边注入蒸馏水使凝胶退出。
入覆盖溶液至管口。
(5)安装电泳槽 加样后将玻璃管插入电泳槽的架子上，在上
槽中玻璃管上端露出1 cm，剥去玻璃管下端的封口膜，准备 电泳。在电泳槽的下槽加2000 mL 10 mmol/L H3PO4溶液，将 柱胶下端浸入到H3PO4溶液中，注意胶下端不可有气泡(如果
有气泡，可以先用注射器将胶下端用H3PO4溶液灌满，再将
冰箱中可保存3~4个星期。
State Key Laboratory of Food Science and Technology
PART 3 实验方法 3．实验步骤 (1)准备玻璃管 取4支18 cm的长玻璃管，洗净晾干。
表1 第一向凝胶溶液配方 尿素 重蒸水 3.84 g 2.0 mL
(2)配制第一向凝胶溶液（8mL /4组） 配制方法见表1。
双向电泳详细操作过程
蛋白质的双向电泳一、实验原理：2-DE的第一向电泳等电聚焦是基于等电点不同而将蛋白粗步分离，第二向SDS-PAGE 是基于蛋白质分子量不同，而将一向分离后的蛋白进一步分离。
这样就可以得到蛋白质等电点和分子量的信息。
二、实验步骤：1. 芽孢杆菌蛋白质的提取2. 蛋白质样品的纯化将经过硫酸铵沉淀的蛋白质冷冻干燥，放在-80度冰箱里备用，取出蛋白质干粉300mg 加水化液(尿素水化储备溶液)400ul，加丙酮酸（加DTT）1.6ml，放置-20度冰箱2h，离心，吸除丙酮酸，用超纯水中（加DTT），清洗两次，离心，加水化液溶解。
水化液配置：用dd H20定容水化液浓度100ml 20ml尿素（60.06）7M/L 42.0g 8.4g硫脲（76.12）2M/L 15.2g 3.04gCHAPS 4% 4g 0.8gDTT(154.2) 1% 1g 0.2g（注：DTT现用现加）3. Bradford法测蛋白含量取0.001g BSA（牛血清白蛋白）用1ml超纯水溶解,测定BSA标准曲线及样品蛋白含量。
取7个10ml的离心管，首先在5个离心管中按次序加入0ul, 20ul, 40ul, 60ul, 80ul , 100ul的BSA溶解液，在分别加入100ul,80ul,60ul ,40ul,20ul,0ul, 分别加入4ml的Bradfor。
另取2管中分别加入2 ul的待测样品溶液，各管中分别加入4ml的Bradfor，摇匀，2min在595nm下，按由低到高的浓度顺序测定各浓度BSA的OD值，再测样品OD值。
(测量过程要在一个小时内完成)。
例如：标准曲线方程式：Y= aX+b.其中Y为OD值，X为蛋白含量。
a、b通过作图输入数据可知G250的配置：称取G250 固体0.1g加水定容至1L。
使用前滤纸过滤。
比色皿用70%的乙醇保存，待用时用双蒸水冲洗，再用无水乙醇冲洗，双蒸水冲洗，再加入待测样品溶液润洗，然后，加入样品，测定OD值。
双向电泳的原理应用
双向电泳的原理应用1. 原理介绍双向电泳是一种用于分离和分析蛋白质的技术。
它利用电场的力作用将蛋白质分子根据其大小和电荷分离成不同的带状条带，从而实现对蛋白质的分离和分析。
在双向电泳中，电泳液在两个方向（水平和垂直）上施加电场。
水平的电场用于推动蛋白质分子在凝胶中移动，而垂直的电场用于将蛋白质分子根据其电荷进行分离。
2. 双向电泳的步骤双向电泳通常包括以下几个步骤：2.1 凝胶制备首先制备凝胶，常用的凝胶包括聚丙烯酰胺凝胶和聚酰胺凝胶。
凝胶的选择取决于所要分析的蛋白质的分子量范围。
2.2 样品制备将待分析的蛋白质样品进行处理，通常包括蛋白质提取、蛋白质纯化和蛋白质标记等步骤。
2.3 水平电泳将样品加载到凝胶上，并将凝胶放入水平电泳槽中。
施加水平电场后，蛋白质会根据其分子量在凝胶中移动，形成水平方向上的分离。
2.4 凝胶固定水平电泳后，将凝胶固定，通常使用乙醇或甲醛进行固定，以防止蛋白质在后续步骤中的移动。
2.5 垂直电泳固定后的凝胶被垂直放置，然后施加垂直电场。
此时，蛋白质会根据其电荷进行进一步的分离。
2.6 染色和可视化分离完成后，凝胶通常会被染色，以便观察和分析分离的蛋白质条带。
常用的染色方法包括银染和荧光染色。
3. 双向电泳的应用双向电泳在蛋白质分离和分析方面具有广泛的应用。
3.1 蛋白质组学研究双向电泳可以用于研究蛋白质组学，包括蛋白质的组成、结构和功能等。
通过双向电泳可以分离出不同的蛋白质条带，从而有助于研究蛋白质的表达和变化。
3.2 蛋白质质量测定双向电泳可以用于测定蛋白质的质量。
通过与已知质量的蛋白质进行比较，可以确定待测蛋白质的质量范围。
3.3 蛋白质互作研究双向电泳还可以用于研究蛋白质之间的相互作用。
通过在凝胶中一同加载多个蛋白质样品，可以观察到不同蛋白质之间的相互作用。
3.4 蛋白质标记双向电泳常常与蛋白质标记技术结合使用。
通过将蛋白质样品与荧光染料或同位素标记剂结合，可以在凝胶上可视化和定量分析蛋白质。
双向电泳操作步骤
双向电泳操作步骤双向电泳操作步骤及相关溶液配置A(实验过程一实验原理:2-DE的第一向电泳等电聚焦是基于等电点不同而将蛋白粗步分离，第二向SDS-PAGE是基于蛋白质分子量不同，而将一向分离后的蛋白进一步分离。
这样就可以得到蛋白质等电点和分子量的信息。
二实验步骤:1. 样品的溶解取纯化后的晶体蛋白3.0mg，加入300ul裂解液(1mg蛋白:100ul裂解液)振荡器上振荡10min左右，共处理一个小时。
其中每隔10,15分钟振荡一次，然后13200rpm离心15min除杂质，取上清分装，每管70ul，—80oC保存。
2. Bradford法测蛋白含量取0.001g BSA(牛血清白蛋白)用1ml超纯水溶解,测定BSA标准曲线及样品蛋白含量。
取7个10ml的离心管，首先在5个离心管中按次序加入0ul, 5ul,10ul, 15ul, 20ul 的BSA溶解液，另2管中分别加入2 ul的待测样品溶液，再在每管中加入相应体积的双蒸水(总体积为80ul)，然后，各管中分别加入4ml的Bradford液(原来配好的Bradford液使用前需再取需要的剂量过滤一遍方能使用)，摇匀，2min在595nm下，按由低到高的浓度顺序测定各浓度BSA的OD值，再测样品OD值。
(测量过程要在一个小时内完成)。
3. 双向电泳第一向---IEF(双向电泳中一律使用超纯水)3.1 水化液的制备称取2.0mg 的DTT，用700ul水化液储液溶解后,加入8ul 0.05, 的溴酚兰，3.5ul(0.5,v/v)IPG buffer (pH 3-10)振荡混匀，13200rpm离心15min 除杂质，取上清。
在含300ug 蛋白(经验值)的样品溶解液中加入水化液，至终体积为340ul，振荡器上振荡混合,13200rpm离心15min除杂质，取上清。
3.2 点样，上胶分两次吸取样品，每次170ul, 按从正极到负极的顺序加入点样槽两侧，再用镊子拨开 Immobiline DryStrip gels (18cm，pH 3—10)胶条，从正极到负极将胶条压入槽中,胶面接触加入的样品。
双向凝胶电泳原理(一)
双向凝胶电泳原理(一)双向凝胶电泳什么是双向凝胶电泳双向凝胶电泳，英文名字为Bisulfite-Sequencing PCR，缩写为BSP，是一种检测DNA甲基化的方法。
双向凝胶电泳主要是将DNA进行酶切、连接、甲基化等处理，然后采用PCR扩增方法得到一组产物，经过电泳反应，通过测量DNA片段长度的差异和带的强度来检测DNA的甲基化状态。
双向凝胶电泳的原理双向凝胶电泳的原理是利用亲核性亚硫酸酯对甲基化的DNA进行转化，通过反应后将DNA分成两条互补链，在两条链上分别添加标记，如磷酸酯和辣根过氧化物酶等。
其中，磷酸酯标记的DNA是单链的，而辣根过氧化物酶标记的DNA是双链的，可以通过电泳移动。
在电泳过程中，根据DNA带的大小和强度，判断DNA片段的长度和甲基化状态。
双向凝胶电泳的步骤双向凝胶电泳需要进行以下五个步骤：1.DNA甲基化转化：将DNA处理为亲核性亚硫酸酯，反应生成甲磺酰脲基化的DNA片段。
2.PCR扩增：将转化后的DNA进行PCR扩增，得到一组产物。
3.芯片制备：将PCR扩增产物用聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，然后将DNA嵌入在聚合物芯片上。
4.双向标记：在两个DNA链上分别添加辣根过氧化物酶和磷酸酯等标记。
5.双向凝胶电泳：将DNA芯片通过电泳反应，根据DNA带的大小和强度，判断甲基化的DNA状态。
双向凝胶电泳的应用双向凝胶电泳主要应用于检测DNA甲基化状态、遗传疾病、肿瘤等方面。
在癌症研究中，双向凝胶电泳可以检测癌细胞的DNA甲基化状态，有助于癌症的早期诊断、治疗以及预测复发等方面。
此外，双向凝胶电泳还可以应用于基因组学、生物研究、医学科研等方面。
总结双向凝胶电泳是一种检测DNA甲基化状态的方法，通过亲核性亚硫酸酯对DNA进行转化，采用PCR扩增方法得到产物，再通过电泳反应来判断DNA片段的长度和甲基化状态。
双向凝胶电泳在生物研究、医学科研和癌症研究方面的应用非常广泛，未来也将是一个热门的研究方向。
双向电泳原理及实验步骤
银染（Silver Stain Plus™ stain）
荧光染色（SYPRO® Ruby protein gel stain）
适用于质谱的染色方法
考马斯亮蓝染色
银染的检测灵敏度很高，可达到200pg，但其线性很差。普通的银染过程中因醛类的特异反应，而与下游质谱不兼容。
快速银染法，可与下游质谱兼容，但其检测灵敏度较低，并伴有很深的背景干扰。
聚焦时间的优化
IEF的基本条件
Stemp 1
Stemp 2
Stemp 3
total
voltage
Time
Volt-Hours
Ramp
250
20min
－－－
Linear
4000
4000
2hr
－－－
－－－
10,000V-hr
Linear
Rapid
5 hr
14,000V-hr
7 cm
Stemp 1
Stemp 2
双向电泳样品的溶解
是成功进行双向电泳的最关键因素之一 溶解的目标： 样品中非共价结合的蛋白质复合物和聚积体完全破坏，从而形成各个多肽的溶解液； 必须允许可能干扰2-DE分离的盐、脂类、多糖和核酸等物质的去除； 保证样品在电泳过程中保持溶解状态。
离液剂：通过改变溶液中的氢键结构使蛋白质充分伸展，将其疏水中心完全暴露，降低接近疏水残基的能量域。典型代表是尿素和硫尿。
02
样品上样缓冲液
标准溶液：
Reagent
Amount
8M urea
47ml of 8.5 stock or 24g urea in 25ml H2O
50mM DTT or 2mM TBP
385mg or 500ul of 200mM TBP stock
双向电泳的基本原理
双向电泳的基本原理
双向电泳是蛋白质组学研究中最重要的技术，在蛋白质组学研究中发挥了重要作用。
其基本原理是：样品中含有两种或两种以上不同分子量的蛋白质，它们的分子量分布不同，在加有等电聚焦（IEF）等电聚焦缓冲液的一台凝胶电泳仪（如UMEACO）上，蛋白质分子按其大小和分子量进行分离，并可在不同的pH 范围内进行电泳。
由于等电聚焦缓冲液具有强的选择性，不同分子量的蛋白质在同一胶上得到分离，经凝胶染色后在垂直于凝胶的方向上能显示出清晰的条带。
蛋白质分子量大的向小的方向移动，分子量小的向大的方向移动。
每一条带就是一个独立的分子。
双向电泳技术可以大大缩短实验时间、降低实验成本、提高分析效率。
例如：已知蛋白序列为a/b/c，对某一蛋白进行研究，只需分离出a/b/c三条带，再经双向电泳技术分离后即可得到含有三条带的蛋白质条带。
双向电泳技术是蛋白质组学研究中最重要的技术之一，其基本原理是：将样品制备成胶后，在垂直于凝胶电泳方向上将蛋白进行分离。
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1/ GE Title or job number /
2/16/2020
Proteomics
“...the analysis of complete complement of proteins.
Proteomics includes not only the identification and quantification of proteins, but also the determination of their localization, modifications, interactions, activities, and, ultimately, their function.
5/ GE Title or job number /
2/16/2020理论 pI nd Mr 图酵母细胞表达6,216种蛋白
1000
至今1,484 个蛋白被鉴定 (Nat.Biotechnol. 17,676 and 19, 242)
2DE 工作范围
100
[Da]
k Mr
10
注: 图片中没有特别强调蛋白丰度和疏水性
4/ GE Title or job number /
2/16/2020
Why 2DE?
Only “Proteomics”is the large-scale screening of the proteins of a cell, organism or biological fluid, a process which requires stringently controlled steps of sample preparation, 2-D electrophoresis, image detection and analysis, spot identification, and database searches.
资源环境
8/ GE Title or job number /
2/16/2020
寻找差异蛋白质
细 胞
环孢素 A处理前
组 织
正常 组织
环孢素 A处理后
肿瘤组织
9/ GE Title or job number /
2/16/2020
Life Sciences 的历史
LKB ——电泳发明者
Pharmacia ——层析技术开创者
. From: Wildgruber et al. Electrophoresis 21 (2000) 2610-2616
1
2
4
6
8
10
12
14
pI (理论值 )
6/ GE Title or job number /
2/16/2020
2D 电泳优越性
? 对未处理样本耐受性好
- 不需要预纯化 (如：色谱层析)
The core technology of proteomics is 2-DE.
At present, there is no other technique that is capable of simultaneously resolving thousands of proteins in one separation procedure.
Wasinger VC et al, Electrophoresis 16 (1995)
“Proteomics is the study of quantitative changes of expression levels and their application to drug discovery, diagnostics and therapy.”
Two basic technologies:
2-D electrophoresis of complex protein mixtures Identification and structure analysis of proteins with mass spectrometry methods
蛋白质组学应用举例
研究细胞结果功能和分子组成 相互作用蛋白质组学
发现细菌、病毒感染和疾病监测的分子标志物
病理生理学研究
发现新型生物学活性的分子和药物
差异蛋白质组学
研究药物作用方式和毒性机理
发现新的药物靶位点
海洋生物 修饰蛋白质组学 植物抗虫抗旱抗逆
遗传育种和分子育种
遗传或药理学扰动的分子解剖
中药机理
从基因组学上我们无法检测到转录后修饰、翻译调节、选择性 剪切、以及蛋白复合物形成、蛋白质相互作用等生命现象; 此 外并不是细胞内的所有的DNA都翻译转录成蛋白质
3/ GE Title or job number /
2/16/2020
Proteome Analysis and Proteomics
The analysis of the entire PROTEin complement expressed by a 敧佮??牯戠??散汬漠?楴獳敵琠灹?
Stanley Fields, University of Washington, Seattle, in Science [ 291, 1221 (2001)]
2/ GE Title or job number /
2/16/2020
Proteomics
一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的蛋白质称 为蛋白质组(proteome) 仅仅从基因组学水平上无法彻底的了解各种生命现象, 因为蛋 白质才是生命活动的真正执行者
? 分辨率非常高 ? 2D 可以有效的组分收集器 ? 蛋白在凝胶介质中受到保护 ? 在蛋白质组学技术中应用范围最广（front-end ） ? 与其他技术相比，在一次试验中可检测到的蛋白点更多 ? 与后续分析技术兼容性好 (如. MDLC)
7/ GE Title or job number /
2/16/2020
Amersham Biosciences ——提供基因组、蛋白组学研究整体解决方案
GE Healthcare Life Sciences ——实现从发现到功能研究，从体外到体内的突破
GE Healthcare milestones in 2-D electrophoresis