电泳分离技术
分子生物学中的电泳技术
分子生物学中的电泳技术电泳技术是分子生物学领域的一种非常有用的工具。
实验室普遍使用它来分离和分析基因和蛋白质。
本文将介绍电泳技术的原理、应用以及最新发展。
一、电泳技术的原理电泳技术利用电场力驱动化学物质在凝胶或缓冲液中移动的原理。
具体来说，将样品装入凝胶或缓冲液中，接上外加电场，然后根据其分子的大小和电荷等特征，在凝胶或缓冲液中发生电泳运动。
运动的速度取决于物种的电荷和面积，因此可以通过电泳技术将样品分离成多个基于大小、电荷和特定的分子特征的带。
二、电泳技术的类型有好几种不同种类的电泳技术。
其中，凝胶电泳是最常见的一种，可以用来分离 DNA、RNA、蛋白质等。
凝胶电泳中，常用的凝胶材料包括聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）和琼脂糖凝胶（agarose）等。
PAGE电泳通常用于分离蛋白质，由于其具有高分辨率和优异的分离能力，常用于研究蛋白质结构的鉴定。
琼脂糖凝胶电泳常用于 DNA 和 RNA 分离，这是因为琼脂糖可以形成空气孔，从而隔开 DNA 和 RNA 的碱基对。
三、电泳技术的应用电泳技术是许多分析基因、蛋白质和其他生物分子的各种实验室技术的核心。
以下是一些电泳技术应用的例子。
1. 分离 DNA 片段电泳技术用于分离 DNA 片段是分子生物学中最基本的应用之一。
通过将 DNA 片段放在琼脂糖凝胶中，可以通过检查带的大小来区分和识别不同的DNA 片段。
这种方法可以用来识别特定的基因，了解基因在不同个体中的表达情况，识别变异对健康的影响等。
2. 分离蛋白质蛋白质凝胶电泳是分离、检测和鉴定蛋白质最广泛的方法。
在凝胶中进行蛋白质电泳后，带上每个带中都含有相同大小和特定蛋白质的不同量。
这种技术可以用于分析蛋白质的组成和克隆纯化鉴定等。
3. 快速核酸定性检测快速核酸定性检测是电泳技术在分子诊断中的重要应用。
如今，已出现了一些新的电泳技术，如毛细管电泳和片段长度分析，这些技术能够更快地分析样品中的 DNA 和 RNA 等分子。
电泳技术(基础医学与医学实验技术)
电泳技术的应用领域
总结词
电泳技术广泛应用于生物、医学、化学等领域。
详细描述
电泳技术广泛应用于生物学、医学、化学和环境科学等 领域。在生物领域，电泳技术用于蛋白质、核酸和糖类 等生物大分子的分离和鉴定。在医学领域，电泳技术用 于血液、尿液和其他体液中蛋白质、酶和代谢产物的分 析。在化学领域，电泳技术用于合成高分子聚合物、金 属离子和有机化合物的分离和纯化。此外，毛细管电泳 和芯片电泳等新型电泳技术在生命科学和临床诊断等领 域也具有广泛的应用前景。
DNA电泳
DNA电泳是电泳技术中用于分离、鉴定和纯化DNA片段的一种方法。通过电泳技术可以将DNA片段按照大小进行分离，为基 因克隆、基因诊断和基因组学研究等领域提供基础。
DNA电泳的原理是利用DNA片段在电场中的迁移率不同而实现分离。DNA片段在电场中的迁移率取决于其大小、电荷和构象 等因素。通过选择合适的电泳介质和电泳条件，可以实现对DNA片段的精细分离。
电泳技术(基础医学与医学实验技 术)
contents
目录
• 电泳技术概述 • 电泳技术的基本类型 • 电泳技术在基础医学中的应用 • 电泳技术在医学实验技术中的应用 • 电泳技术的优缺点 • 电泳技术的发展趋势和未来展望
01 电泳技术概述
电泳技术的定义
总结词
电泳技术是一种利用电场对带电粒子进行分离的实验技术。
样品损失。
局限性
电泳技术对于某些特定类型的 生物大分子分离效果不佳，如 蛋白质的分离。
耗时长
电泳技术需要较长时间进行分 离，对于某些快速变化的生物 样品，可能无法及时检测。
高压电场影响
电泳过程中需要施加高压电场 ，可能会对生物大分子产生一 定的影响，如引起蛋白质的变
电泳和色谱分离技术应用
色谱分离技术的分类
01
02
03
04
柱色谱
将固定相填充在色谱柱中，通 过流动相洗脱进行分离。
纸色谱
将固定相涂布在滤纸上，通过 流动相展开进行分离。
薄层色谱
将固定相涂布在玻璃板或塑料 板上，通过流动相展开进行分
离。
高效液相色谱
采用高压泵和高效填料，实现 快速、高分辨率的分离。
色谱分离技术的应用范围
生物样品分离
电泳特点
操作简便、分离速度快、分辨率高、样品用 量少。
色谱分离
利用不同物质在固定相和流动相之间的分配 系数差异实现分离的技术。
色谱分离特点
分离效果好、适用范围广、可分离复杂混合 物。
应用领域比较
电泳应用
生物大分子如蛋白质、DNA的分 离纯化，医学诊断中的血清蛋白 分离，环境监测中的重金属离子 分离等。
电泳和色谱分离技术应用
contents
目录
• 引言 • 电泳技术简介 • 色谱分离技术简介 • 电泳和色谱分离技术的比较 • 电泳和色谱分离技术的联合应用 • 实际应用案例分析
01 引言
主题简介
电泳和色谱分离技术是现代生物和化 学领域中常用的分离分析技术，它们 在样品分离、纯化、检测等方面具有 广泛的应用。
用于分离蛋白质、氨基酸、核 酸等生物分子。
药物分析
用于测定药物成分、杂质和降 解产物的含量和纯度。
食品分析
用于检测食品中的营养成分、 添加剂和有害物质。
环境监测
用于检测水体、土壤和空气中 的污染物和有毒物质。
04 电泳和色谱分离技术的比 较
技术特点比较
电泳
利用带电粒子在电场中的迁移速度不同实现 分离的技术。
电泳分离技术
1971年10月29日因心脏病突发
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 而卒于家中，终年69岁。
电泳特点
在确定的条件下，带电粒子在单位电场强度作 用下，单位时间内移动的距离（即迁移率）为 常数，是该带电粒子的物化特征性常数。
4
阿恩·威廉·考林·提塞留斯 提塞留斯是瑞典著名生化学家
和物理化学家。1902年8月10日 出生在斯德哥尔摩，在乌普沙拉 大学获三个硕士和一个博士学位 ，毕业后留校任教。
他改进、设计了电泳仪，成功 地分离了血清中的蛋白质，对氨 基酸和肽也作了分离研究，改进 了色层分离法，他设计的电泳仪 至今还在应用，发展了生物化学 的研究手段，荣获1948年诺贝尔 化学奖。
不同带电粒子因所带电荷不同，或虽所带电荷 相同但荷质比不同，在同一电场中电泳，经一 定时间后，由于移动距离不同而相互分离。分 开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比
6
电荷移动规律
利用电泳可以确定胶体微粒的电性质，向阳极移动的 胶粒带负电荷，向阴极移动的胶粒带正电荷。
一般来讲，金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸 附阳离子，带正电荷；
8
电泳种类I ：
移动界面电泳 是将被分离的离子（如阴离子）混合物置于电泳
槽的一端（如负极），在电泳开始前，样品与载体电 解质有清晰的界面。电泳开始后，带电粒子向另一极 （正极）移动，泳动速度最快的离子走在最前面，其 他离子依电极速度快慢顺序排列，形成不同的区带。 只有第一个区带的界面是清晰的，达到完全分离，其 中含有电泳速度最快的离子，其他大部分区带重叠。
非金属氧化物、非金属硫化物等胶体微粒吸附阴离子 ，带负电荷。
因此，在电泳实验中，氢氧化铁胶体微粒向阴极移动 ，三硫化二砷胶体微粒向阳极移动。利用电泳可以分 离带不同电荷的溶胶。
电泳分离技术在生物研究中的应用
电泳分离技术在生物研究中的应用电泳分离技术是一种广泛应用于分子生物学研究中的技术，它能够对不同大小、电荷和形状的分子进行分离和定量分析。
这种技术除了分离DNA、RNA、蛋白质等生物分子外，还可以用于研究分子间的相互作用、分子运动机理、分子表达差异及其与遗传疾病的关联等方面。
本文将详细讨论电泳分离技术在生物研究中的应用及其优势。
1. DNADNA电泳分离技术是进行DNA序列测定、PCR产物检测、基因分型、基因组快速分析等重要技术手段之一。
它利用DNA的电荷和大小差异来将其分离出来。
DNA电泳技术广泛应用于基因克隆、基因诊断、遗传标记筛选等方面。
DNA电泳分离技术很大程度上促进了基因组学、基因技术和生物医学等领域的发展。
DNA电泳分离技术主要有两种：琼脂糖电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。
琼脂糖电泳适用于较小的DNA片段（1~20 kb），而聚丙烯酰胺凝胶电泳则适用于大分子（超过10kb）DNA。
随着技术的不断发展，DNA电泳分离技术已经成为生物医学和基因组学等领域中必不可少的分析手段。
2. 蛋白质蛋白质电泳分离技术主要用于研究蛋白质结构、表达水平、亚型分离、分子量、等电点等方面的信息。
同样地，蛋白质电泳分离技术也有两种：SDS-PAGE和二维凝胶电泳。
SDS-PAGE可以将复合物中的蛋白质分离出来，以便进一步研究其分子量和构成。
SDS-PAGE被广泛应用于结构生物学、代谢学、蛋白质分析及蛋白质纯化等方面。
二维凝胶电泳（2-DE）可用于实现蛋白质分离作为一种商业技术。
它具有高分离性、高灵敏度、高分辨率和快速分析的特点。
3. 电泳分离技术在生物研究中的优势电泳分离技术在生物研究中的优势是其具有灵敏度、准确度、速度、自动化和适用于多样性样本的特点。
相较于传统的质谱技术，电泳分离技术具有价格较低、预处理较小以及对样品种类适应性强等优点。
同时，电泳分离技术可以经过一番旋转加工便可扩展到蛋白质质量、糖蛋白、DNA捕获等多样性检测领域中。
电泳分离技术
谢谢
THANKS
样本分析。
电场不均匀性
电泳过程中电场的不均匀性可 能导致分离效果不佳。
高成本
电泳分离技术所需的设备和试 剂成本较高，增加了实验成本
。
操作复杂度
电泳分离技术的操作相对复杂 ，需要专业人员进行操作和维
护。
05 电泳分离技术的发展趋势和未来展望
CHAPTER
技术创新和改进
高效电泳分离技术的研发
通过改进电泳分离技术的原理和工艺，提高分离效率和准确性，降低能耗和成本。
21世纪
随着生物技术的快速发展，电泳分离技术在基因组学、蛋白质组学等 领域的应用越来越广泛，成为生命科学研究的重要手段之一。
02 电泳分离技术的基本原理
CHAPTER
电泳现象
定义
电泳现象是指带电粒子在电场中受到电场力的作用而发生迁移的 现象。
原理
带电粒子在电场中受到电场力的作用，产生定向移动，使得粒子在 电场中分布不均，从而实现分离。
细胞分离
利用电泳分离技术可以分离不同种类的细胞，如淋巴细胞 分型、干细胞分离等，为细胞治疗和药物筛选提供支持。
在化学和环境科学领域的应用
有机物分离
电泳分离技术可用于有机物的分 离和纯化，如氨基酸、肽类、糖 类等，在化学合成和药物制备中 具有重要应用。
环境监测
电泳分离技术可用于环境样品中 污染物的分离和检测，如重金属 离子、有机污染物等，为环境监 测和治理提供技术支持。
电泳分离技术
目录
CONTENTS
• 引言 • 电泳分离技术的基本原理 • 电泳分离技术的应用 • 电泳分离技术的优缺点 • 电泳分离技术的发展趋势和未来展望 • 结论
01 引言
第十四章 电泳分离技术
■ 联丙烯酰胺单体聚合过程：
聚 合 反 应
交联剂造成分枝
聚合反应
Bis 交錯连結 Bis
free radical
端点自由基 可再延续
自由基形成
一些概念
▪ 凝胶浓度和交联度 ▪ 不连续与连续胶 ▪ 变性胶及非变性胶
SDS (Sodium dodecyl sulfate)
十二烷基磺酸钠
凝胶的浓度和交联度
▪ 琼脂凝胶电泳：常用pH6-9;离子强度 0.02-0.05;硼酸盐缓冲液和巴比妥缓冲液； 浓度常用1%-1.5%
▪ 琼脂凝胶电泳的优点：？？ 1. 近似自由界面 2. 液固相间无明显界面，电泳速度快 3. 不吸收紫外线，可直接用紫外检测仪测定 4. 容易染色易洗脱
聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）
非变性胶：电泳在蛋白质保持天然状态下进 行，不加变性剂
■ SDS 在蛋白质表面 均勻敷上 一层负电：
SDS
boiling
原态蛋白质
变性蛋白质成一线狀分子 並且均勻帶上一层负电荷
极性头部
非极性尾部
■ 三种不同性质蛋白质的电泳比较：
Quaternary Molecular Protein Structure Weight
pI
Mobility
Native SDSPAGE PAGE
X Tetramer (40,000)x4 5.8 Slow Fast Y Monomer 88,000 5.2 Fast Slow Z Monomer 60,000 9.3 Upward Medium
X - Y - Z+
Native-PAGE
▪ 凝胶浓度：T（Acr和Bis总浓度） =(a+b)/m.100%
电泳分离原理
电泳分离原理
电泳分离原理是一种基于不同物质在电场中迁移速率不同而实现的分离技术。
其基本原理是利用物质在电场作用下的带电性及不同荷质比的差异，通过在一个带电场中对含有混合物的溶液或凝胶进行处理，使其中的成分在电场作用下沿着一定方向迁移，从而实现它们的分离。
电泳分离根据具体的物质性质和条件可以采用不同的方法，常见的有毛细管电泳、凝胶电泳、平板电泳等。
这些方法在电场中运用不同的介质，如液体或凝胶，将需要分离的混合物分散其中，然后通过施加电场，使带电的物质在介质中发生迁移。
迁移的速率取决于物质的特性，如电荷量、荷质比、形状、大小等。
在毛细管电泳中，将待分离的物质溶解在背景电解液中，然后将其注入至两端通电的毛细管中。
施加电场后，带电的溶液分子会在电场力的作用下在毛细管内迁移，迁移速率与物质的荷质比有关。
由于不同物质的荷质比不同，它们在电场中的迁移速度也不同，从而实现分离。
凝胶电泳则是将待分离的物质溶解在凝胶中，通过施加电场使其在凝胶内迁移。
凝胶可以是聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶等，其主要作用是形成孔隙结构，以便分子在其中迁移。
由于不同物质在凝胶中的迁移速率不同，它们会在电场作用下逐渐分离开来。
总之，电泳分离原理是基于物质在电场中的迁移速率差异实现
的分离技术。
通过控制电场和选择合适的分离介质，可以实现对具有不同特性的物质的高效分离。
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不同分子在同一电场中可能具有不同的泳动度
泳动度
泳动度与带电颗粒所带净电荷的数量、颗粒大 小和形状有关。
被分离的球形分子在电场中所受的力(F)为： F=EQ
➢ 式中 E：电场强度，即每厘米支持物的电位 降；Q为被分离物所带净电荷。
（二）、影响电泳速度的因素
• 样品本身：带电量，分子大小，形状 • 电场强度：电压 • 缓冲液：成分， pH ，离子强度 • 支持介质：电渗作用，吸附作用 • 温度
影响泳动度的因素
1．电场强度 是指每厘米的电位降，也称电位梯度(电势
梯度)。电场强度越高，则带电颗粒泳动越快。根据电场 强度的不同，电泳可分为两种。 ➢ (1)常压(100～500 V)电泳 其电场强度为2～10 V／cm。 分离时间较长，从数小时到数十小时，适合于分离蛋白质 等大分子物质。 ➢ (2)高压(2000～10000 V)电泳 其电场强度为50～200V／ cm，电泳时间很短，有时只需几分钟。多用于分离氨基酸、 多肽、核苷酸、糖类等小分子物质。
电泳技术概述
▪ 70年以来，电泳技术围绕制胶、电泳、染色三个技术 环节，不断改进，以实现下列目标： 1、提高分辨率及灵敏度。 2、简化操作，缩短电泳时间。 3、扩大应用范围。
目前，电泳技术已成为生物化学与分子生物学以及与其密 切相关的医学、农、林、牧、渔、制药及某些工业分析中 必不可少的手段。
二、电泳技术的基本原理
电泳是指带电粒子在电场的作用下，向着与其 电性相反的电极移动的现象。
电泳技术指利用电泳现象对混合物进行分离分 析的技术。
蛋白质分子在不同pH下的解离状态
NH3+ P
NH3+
NH2
P
P
COOH
COO-
COO-
pH＜pI
pH＝pI
pH>pI 分子带负电荷，在电场中向正极移动; pH<pI分子带正电荷，在电场中向负极移动;
分子量小，阻力小，移动快；分子量大，阻 力大，移动慢。 电荷效应：电荷量不同，迁移率不同。
㈠、凝胶电泳
凝胶电泳
琼脂糖凝胶电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE)
1、琼脂糖凝胶电泳
琼脂糖是从海藻中提取出来的一种线状高 聚物，是由D—半乳糖和3、6—脱水—L—半 乳糖结合的链状多糖。
琼脂糖
琼脂
脱去SO42-丙酮酸酯基
影响泳动度的因素
2．溶液pH
➢ 溶液的pH值决定带电颗粒的解离程度，亦即决定 其所带电荷的多少。
➢ 对蛋白质而言，溶液pH值离等电点(pI)越远，则 颗粒所带的净电荷越多，泳动速度也越快；反之， 则越慢。
影响泳动度的因素
3．溶液的离子强度 缓冲液离子强度越高，则颗粒的电
动电势越小，泳动度也越小。一般最适合的离子强度在 O.02～O.2之间。
第十四章 电泳分离技术
一、电泳技术概述
1937年，瑞典科学家Tiselius设计了世界上第一台电 泳仪，建立了移界电泳法，并于1948年荣获诺贝尔奖。
20世纪50年代，许多科学家着手改进电泳仪，寻找合适的 电泳支持介质，先后找到滤纸、醋酸纤维素薄膜、淀粉及 琼脂作为支持物。
60年代，Davis等科学家利用聚丙烯酰胺凝胶作为电泳支 持物，在此基础上发展了SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电 聚焦电泳、双向电泳和印迹转移电泳等技术。这些技术具 有设备简单，操作方便，分辨率高等优点。
琼脂胶
应用
➢由于孔径大，对大多数蛋白来说，其分子筛作用 微不足道。
➢因此广泛应用于核酸的研究，分离范围广 （200bp-50kb的DNA）.
▪ 琼脂凝胶电泳：常用pH6-9;离子强度 0.02-0.05;硼酸盐缓冲液和巴比妥缓冲液； 浓度常用1%-1.5%。
▪ 琼脂凝胶电泳的优点： ➢ 近似自由界面; ➢ 液固相间无明显界面，电泳速度快; ➢ 不吸收紫外线，可直接用紫外检测仪测定; ➢ 容易染色易洗脱.
• 区带电泳(zone EP)
• 只能起到部分分离的作用，如将浓度对距离作图，则得出一
个个台阶状的图形;
• 等速电泳(isotachophoresis)
• 在电泳达成平衡后，各区带相随，分成清晰的界面，以等速 移动。按浓度对距离作图也是台阶状，但不同于上述移界电
泳，它的区带没有重叠，而是分别保持; • 等电聚焦 (isoelectricfocusing)
6．支持物 要求是均匀，吸附力和电渗小，机械 性能好，便于染色或紫外光下检测，故最好透明， 无紫外吸收。
三、电泳的分类
按形状分类：U型管电泳、柱状电泳、平 板电泳； 按载体分类：滤纸电泳、琼脂电泳、聚丙 烯酰胺电泳、自由电泳；
按分离原理分类
• 移界电泳（moving boundary EP）
➢ 不同的离子成分在均一的缓冲液系统中分离成独立的区带， 可以用染色等方法显示出来，如果用光密度计扫描可得出— 个个互相分离的峰;
相同，带电颗粒电泳时仅具有电荷效应、分子筛效应。 2.不连续系统：
缓冲液离子成分、pH、凝胶浓度、电位梯度不连 续，带电颗粒电泳时具有浓缩效应、电荷效应、分子 筛效应。
电泳作用效应
分子筛效应：分子量或分子大小和形状不同的 蛋白质通过一定孔径分离胶时，受阻滞的程度不 同而表现出不同的迁移率，这就是分子筛效应。
• 由多种具有不同等电点的载体两性电解质在电场中自动形成 pH梯度。被分离物则各自移动到其等电点而聚成很窄的区带， 分辨率很高。
混合 移界
分立 区带
稳态 时毗邻
等速
稳态
时分立静
止
pH
等电聚焦
9 876
ABC CBA
ABC BA AB BA B A AB
+
根据操作方式分类
1.连续系统： 缓冲液的离子成分、PH、凝胶浓度、 电泳缓冲液相对于固体支持物的移动称电渗。 ▪ 如纸电泳时，滤纸吸附OH-带负电荷，与纸接触的
缓冲液带正电荷向负极移动。
影响泳动度的因素
5．温度 电泳时会产生焦耳热，使介质黏度下降， 分子运动加快，迁移率增加，同时温度过高会使 样品中的生物大分子变性失活。
▪ 因此电泳时，要控制电压或电流，也可安装冷却 散热装置。
pH＞ pI
(一)、泳动度u (迁移率):
带电质点在单位强度电场下的泳动速度
u:泳动度or泳动率(cm/ d:泳动距离:cm
伏·秒or分)
t:电泳时间:秒/分
V:泳动速度:cm/秒or分 E:电场强度:伏特/cm
U:电压:常压(100—500v)
高压(500—10000v)仅需几分钟
l:支持场的长度 (有效长度)