電泳技術(shù)的應(yīng)用及其研究進展.doc

電泳技術(shù)的應(yīng)用及其研究進展摘要：本文概述了電泳技術(shù)的發(fā)展歷程，并對幾種常用的電泳技術(shù)原理及其應(yīng)用作了簡要介紹。關(guān)鍵字：電泳技術(shù) 應(yīng)用 雙向電泳電泳技術(shù)發(fā)現(xiàn)于150多年前，1808年俄國物理學(xué)家Reuss進行了世界上第一次電泳實驗，這個早期實驗為電泳的理論和實踐的發(fā)展及其應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1937年瑞典的Tiselius建立了“移界電泳法”，用于蛋白質(zhì)分離的研究，成功的將血清蛋自分成了白蛋自和四種球蛋自，開創(chuàng)了電泳技術(shù)的新紀元1。以后采用支持介質(zhì)的區(qū)帶電泳逐漸取代了這種在自由溶液中進行的移界電泳，并在生物學(xué)，分子生物學(xué)，生物工程中得到廣泛應(yīng)用。1959年Raymond和Weintraub利用人工合成的凝膠作為支持介質(zhì)，創(chuàng)建了聚丙烯酰胺凝膠電泳，極大地提高了電泳技術(shù)的分辨率，開創(chuàng)了近代電泳的新時代。30多年來，聚丙烯酰胺凝膠電泳仍是生物化學(xué)和分子生物學(xué)中對蛋白質(zhì)、多肽、核酸等生物大分子使用最普遍，分辨率最高的分析鑒定技術(shù)，是檢驗生化物質(zhì)的最高純度：即“電泳純”（一維電泳一條帶或二維電泳一個點）的標(biāo)準分析鑒定方法，至今仍被人們稱為是對生物大分子進行分析鑒定的最后、最準確的手段，即“Last Check”。 1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75 內(nèi)徑毛細管柱內(nèi)用高電壓進行分離, 創(chuàng)立了現(xiàn)代毛細管電泳。1984年Terabe等建立了膠束毛細管電動力學(xué)色譜。1987年Hjerten 建立了毛細管等電聚焦, Cohen和Karger提出了毛細管凝膠電泳。19881989年出現(xiàn)了第一批毛細管電泳商品儀器。短短幾年內(nèi), 由于CE符合了以生物工程為代表的生命科學(xué)各領(lǐng)域中對多肽、蛋白質(zhì)(包括酶，抗體)、核苷酸乃至脫氧核糖核酸(DNA)的分離分析要求, 得到了迅速的發(fā)展。尤其是高效毛細管電泳(HPCE)在分離分析酶、蛋自質(zhì)、多肽、核酸等大分子方面具有高分辨率、高靈敏度，分析時間短，用量少等特點，是十分理想的分離手段。1、電泳的基本原理 物質(zhì)帶電是一普遍現(xiàn)象。任何物質(zhì)由于其自身的解離作用或表面上吸附其他帶電質(zhì)點均表現(xiàn)帶電。這些帶電粒子在外加電場的作用下向著與其電荷相反的電極移動即為電泳（electrophoresis EP）。粒子在單位電場強度時泳動速度稱為電泳遷移率，在確定的條件下，不同物質(zhì)的遷移率是不同的，從而達到分離的目的。電泳遷移率除了與微粒自身的屬性及電場強度有關(guān)外，還受緩沖液的pH及離子強度的影響，一般來說，分子帶的電荷量越大、直徑越小、形狀越接近球形，則其電泳遷移速度越快；電場強度越高，泳動越快；緩液離子強度越低，電動勢越大，顆粒泳動速度越快；反之則慢。2、幾種電泳技術(shù)簡介2.1聚丙烯酰胺凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠是由單體丙烯酰胺（Acr）和交聯(lián)劑N，N-甲叉雙丙烯酰胺（Bis）在加速劑和催化劑的作用下聚合交聯(lián)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，以此膠為支持物的電泳稱為聚丙烯酰胺凝膠電泳（polyacrylamide gel electrophoresis PAGE）。PAGE根據(jù)其有無濃縮效應(yīng)，分為連續(xù)系統(tǒng)和不連續(xù)系統(tǒng)兩大類。前者電泳體系中緩沖液pH值及凝膠濃度相同，帶電顆粒在電場作用下，主要靠電荷及分子篩效應(yīng)；后者電泳體系中由于緩沖液離子成分、pH、凝膠濃度及電位梯度的不連續(xù)性，帶電顆粒在電場中泳動不僅有電荷效應(yīng)、分子篩效應(yīng)，還具有濃縮效應(yīng)，因而其分離條帶清晰度及分辨率都較前者佳。2.2 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳在蛋白質(zhì)樣品中加入SDS和巰基乙醇后，蛋白質(zhì)分子在巰基乙醇的作用下，還原成單鏈，再進一步與SDS結(jié)合形成帶大量負電荷的SDS- 蛋白復(fù)合物，他們們在水溶液中呈長橢圓棒狀，短軸基本一致，但長軸隨蛋白質(zhì)分子量成正比的改變。因此蛋白質(zhì)在電場中的移動主要取決于蛋白質(zhì)分子量的大小，不在受蛋白質(zhì)原有電荷和形狀本身的等電點（帶電荷）無關(guān)。由于SDS和巰基乙醇的作用，蛋白質(zhì)完全變性和解聚，解離成亞基或單個肽鏈，因此電泳結(jié)果顯示的只是亞基或單個肽鏈的分子量。2.3 瓊脂糖凝膠電泳聚丙烯酰胺凝膠電泳對于分離生物大分子具有較高的分辨率，但由于核酸分子比蛋白質(zhì)分子大得多，只能采用有較大孔徑的瓊脂糖凝膠來分離核酸。由于核酸分子本身中含有大量的磷酸根，所以核酸帶有負電荷，在電場中會向正極移動。用瓊脂糖凝膠做支持物的電泳，常用于核酸的分離、鑒定。2.4 雙向電泳當(dāng)我們需要將大量不同的蛋白質(zhì)分離成單一成分時，普通的聚丙烯酰胺凝膠電泳難以達到這一目標(biāo)，這時就需要采用等電聚焦電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳相結(jié)合的雙向電泳方式，將所有蛋白質(zhì)完全分開。 對蛋白質(zhì)分子進行等電聚焦電泳時，不同的蛋白質(zhì)移動到與其等電點相當(dāng)?shù)膒H值位置上，使具有不同等電點的蛋白質(zhì)分子得以分離。蛋白質(zhì)的經(jīng)等電聚焦凝膠電泳后，再進行SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，使蛋白質(zhì)分子進一步按分子量的不同進行分離，所以大大提高了分離效果。2.5毛細管電泳毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)又叫高效毛細管電泳(HPCE), 是近年來發(fā)展最快的分析方法之一。主要理論依據(jù)是在高電場強度下，毛細管（內(nèi)徑50100m）中的待測物質(zhì)，可按其分子質(zhì)量、電荷、淌度等因子的差異得到有效分離。與常規(guī)電泳比，具有測試速度快、近樣量少、應(yīng)用范圍廣、自動化程度高等優(yōu)點。3、電泳技術(shù)的應(yīng)用3.1電泳技術(shù)在作物品種鑒定中的作用電泳在農(nóng)作物品種純度和真實性鑒定、品種親緣關(guān)系和分類研究方而的應(yīng)用十分廣泛。王沛政等應(yīng)用種子貯藏蛋自和同下酶電泳技術(shù)對汕葵品種康地4 ,5，6，7號及G101的父母本和雜交種在品種鑒定上的應(yīng)用方面進行分析研究，證明合適的蛋白提取劑的類型及電泳系統(tǒng)是利用種子蛋白進行雜交種鑒定的前提條件2。向春陽等以經(jīng)濟價值較高、易發(fā)生混雜的黃瓜種子為材料于1995- 1997年采用蛋白質(zhì)電泳技術(shù)對黃瓜的十個品種進行了分析證明:通過蛋自質(zhì)電泳譜帶可將試驗中的十個品種明顯區(qū)分開3。徐獻軍等證明運用電泳技術(shù)不但可以直接鑒定出小麥的品種屬性而且還可以快速檢測出小麥樣品中品種的純度，可有效識別優(yōu)質(zhì)小麥中的摻雜使假行為4。總之電泳作為一種作物品種純度鑒定的有效工具，正在以它不可替代的優(yōu)勢逐漸被廣大檢驗專業(yè)人員以及相關(guān)組織機構(gòu)認可和接受，它不但在品種純度鑒定、新品種登記與保護方而，而且在品種之間的親緣關(guān)系與分類研究中起著越來越重要的作用。3.2電泳技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用各種電泳技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用廣泛。中國藥典1995年版人血白蛋自，人血丙種球蛋自、人胎盤蛋自、人胎盤血丙種球蛋自質(zhì)中的蛋自質(zhì)純度測定采用的就是醋酸纖維素薄膜電泳5。聚丙烯酞胺凝膠電泳法可以對胰島素及中性胰島素注射液的有關(guān)蛋自質(zhì)進行檢查6。利用免疫固定電泳，可直接檢測非濃縮晨尿的本周氏蛋白，還可協(xié)助臨床診斷漿細胞病和B淋巴細胞增生性疾病。此外，還可用于血清脂蛋白(a)與其它脂蛋白分離和鑒定7。孟紫強等利用單細胞微凝膠電泳(SCG)技術(shù)研究了線照射、過氧化氫(H2O2)、氯化鍋(CdCI2)對人血淋巴細胞DNA的損傷效應(yīng)，表明，三者均能引起細胞DNA遷移長度增加，且呈顯著的劑量效應(yīng)關(guān)系8。3.3電泳技術(shù)在環(huán)境衛(wèi)生學(xué)中的應(yīng)用隨著電泳技術(shù)的發(fā)展、成熱和完善，已被引進環(huán)境衛(wèi)生學(xué)領(lǐng)域，在檢測和評價環(huán)境因素的遺傳毒性、環(huán)境與職業(yè)人群的生物監(jiān)測、環(huán)境生態(tài)監(jiān)測、環(huán)境流行病調(diào)查等方面發(fā)揮著重要的作用。Anitha等人用該技術(shù)評價熱休克對金魚的遺傳毒性，結(jié)果在34 ,36 38溫度下均檢測到DNA的單鏈斷裂，提示熱體克是一種具有遺傳毒性的因素9。3.4電泳技術(shù)在動物和植物科學(xué)研究中的應(yīng)用電泳技術(shù)在動物和植物科學(xué)研究中也顯示了它不可替代的作用。利用雙向電泳精確的蛋白質(zhì)分辨技術(shù).能夠找出中華卵索線蟲和日木血吸蟲成蟲雌雄之間的相同和不同蛋白.從而可以進一步用于疫苗和檢測試劑的開發(fā)1011。王鳳華等以龍眼胚性培養(yǎng)物為材料.建立了適合龍眼胚性培養(yǎng)物的蛋白質(zhì)水平雙向電泳技術(shù)體系。使用該技術(shù)對龍眼體細胞胚胎發(fā)生過程中特異蛋白進行研究，為龍眼體胚發(fā)育特異蛋白的分離以及進一步分離體胚發(fā)育的特異表達基因提供了有效的技術(shù)平臺12?？傊?，隨著電泳技術(shù)的發(fā)展，種類逐漸增多，在生命科學(xué)研究領(lǐng)域，電泳技術(shù)的應(yīng)用范圍勢必越來越廣泛。 參考文獻1 婁維義，黨永巖.電泳技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用J.農(nóng)業(yè)與技術(shù).2001，21（3）：43452 王沛政，賴相紅，李濤. 蛋白質(zhì)電泳技術(shù)在品種真?zhèn)魏图兌葯z驗上的應(yīng)用J. 農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，40（5）：2962993 向春陽，田秀萍，崔麗雅. 電泳技術(shù)鑒定黃瓜種子純度的應(yīng)用研究J黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報.1998，10（2）：1417 4 徐獻軍，鄭愛珍. 電泳技術(shù)在優(yōu)質(zhì)小麥快速鑒定中的應(yīng)用J. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué).2002，6：395 中華人民共和國藥典委員會.中華人民共和國藥典，二部，1995，2566 中華人民共和國藥典委員會.中華人民共和國藥典，二部，2000，73237 仲人前. 免疫電泳和雙向電泳技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用J.新技術(shù)新成果.2003，6：37398 孟紫強. 單細胞微凝膠電泳技術(shù)在人血淋巴細胞DNA損傷研究中的應(yīng)用J. 遺傳學(xué)報. 1998，25 (4):2943009 Anitha B, Chandra N, Gopinath, et al .Ge