蛋白質電泳是一種用于分離、分析和鑒定蛋白質混合物的常用實驗技術。其核心原理是利用電場力驅動帶電蛋白質在凝膠介質中遷移，根據蛋白質的電荷、大小和形狀等特性的差異實現分離。

以下是詳細的工作原理和關鍵組成部分：

一、蛋白質電泳核心基本原理

1、電荷性質：

（1）蛋白質是由氨基酸組成的生物大分子，其表面帶有正電荷（堿性氨基酸，如賴氨酸、精氨酸）或負電荷（酸性氨基酸，如天冬氨酸、谷氨酸）。

（2）在特定pH值的緩沖液中，蛋白質會帶上凈電荷（正電荷或負電荷）。當置于電場中時，帶正電的蛋白質會向負極（陰極）遷移，帶負電的蛋白質會向正極（陽極）遷移。

2、遷移率：

（1）蛋白質在電場中的遷移速度（遷移率）取決于幾個關鍵因素：

（2）電荷/質量比：凈電荷越大，受到的電場力越強；分子量越小，遷移阻力越小。因此，電荷/質量比 是決定遷移速度的主要內在因素。

（3）電場強度：電壓越高，遷移越快。

（4）凝膠基質：凝膠（如聚丙烯酰胺凝膠）具有網狀結構，起到“分子篩"的作用。小分子蛋白容易通過孔隙，遷移快；大分子蛋白受阻大，遷移慢。這是常用于按大小分離蛋白質的關鍵。

二、常用的方法：SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）

這是應用廣泛、主要用于按分子量大小分離蛋白質的方法。它通過一系列處理，消除了蛋白質天然電荷和形狀的差異。

1、樣品處理：

（1）SDS（十二烷基）：一種陰離子去污劑，能破壞蛋白質的非共價鍵（氫鍵、疏水作用），使其變性展開為線性結構。

（2）還原劑（如β-巰基乙醇或DTT）：能打斷二硫鍵，使蛋白質亞基解離。

（3）處理后，SDS以恒定的比例（約1.4g SDS / 1g 蛋白質）非共價結合到蛋白質肽鏈上，使所有蛋白質都帶上大量均勻的負電荷（遠超其原有的凈電荷差異）。

2、分離機制：

（1）在SDS-PAGE中，所有蛋白質-SDS復合物都帶有與分子量成比例的負電荷（電荷/質量比近似恒定），因此它們在電場中的遷移幾乎只取決于分子量的大小。

（2）蛋白質在具有特定孔徑的聚丙烯酰胺凝膠中遷移時，小分子蛋白跑得快，大分子蛋白跑得慢，從而實現按分子量從大到小的梯度分離。

（3）通過與已知分子量的標準蛋白（蛋白Marker）對比，可以估算未知蛋白的分子量。

3、凝膠系統：

（1）濃縮膠：位于凝膠頂部，孔徑較大，pH值不同。其作用是濃縮樣品蛋白，使其在進入分離膠前形成一條狹窄的起始線，提高分辨率。

（2）分離膠：位于凝膠下部，孔徑較小，是按分子量進行實際分離的區域。通過調整聚丙烯酰胺的濃度（如8%，12%，15%），可以控制孔徑大小，優化不同分子量范圍的分離效果。

三、其他重要類型的蛋白質電泳

1、非變性（天然）PAGE：

（1）在不添加SDS和還原劑的條件下進行。

（2）蛋白質保持其天然構象、電荷和生物活性。

（3）遷移率同時取決于蛋白質的凈電荷、大小和形狀。適用于研究蛋白質復合物、酶活性等。

2、等電聚焦電泳：

（1）在具有連續pH梯度的凝膠中進行。

（2）蛋白質在電場中遷移，當到達其等電點（pI，即蛋白質凈電荷為零的pH值）的位置時，停止遷移。

（3）主要用于根據蛋白質的等電點（pI） 進行高分辨率分離和測定。

3、二維電泳：

（1）結合了等電聚焦（按pI分離） 和SDS-PAGE（第二維，按分子量分離）。

（2）能將復雜的蛋白質混合物（如全細胞裂解液）分離成數千個點，是蛋白質組學研究的強大工具。

四、主要應用

分子量測定

樣品純度分析

蛋白質表達水平比較

免疫印跡分析

蛋白質組學研究

酶活性分析（非變性電泳）

五、總結

蛋白質電泳，尤其是SDS-PAGE，通過結合電場驅動和凝膠分子篩效應，并利用SDS處理標準化蛋白質的電荷/質量比，成功地將復雜的蛋白質混合物按照分子量大小進行高效分離，成為現代生物化學和分子生物學實驗室基礎分析技術。