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生物大分子如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等常以顆粒分散在溶液中，它們的凈電荷取決于介質(zhì)的H+濃度或與其他大分子的相互作用。在電場(chǎng)中，帶電顆粒向陰極或陽(yáng)極遷移，遷移的方向取決于它們帶電的符號(hào)，這種遷移現(xiàn)象即電泳。關(guān)于電泳的那些知識(shí)我們一起get起來吧。

瓊脂糖凝膠電泳

電泳(electrophoresis)是帶電物質(zhì)在電場(chǎng)中向著與其電荷相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象。各種生物大分子在一定的pH條件下，可以解離成帶電荷的離子，在電場(chǎng)中會(huì)向相反的電極移動(dòng)。在分析核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子時(shí)，電泳是一個(gè)非常有效的手段。含有電解液的凝膠在電場(chǎng)中，其中的電離子會(huì)發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)移動(dòng)的速度可因電離子大小、形態(tài)及電荷量的不同而有差異。利用移動(dòng)速度差異，就可以區(qū)別各種大小不同的分子。

瓊脂糖凝膠電泳是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中分離鑒定核酸的常規(guī)方法。核酸是兩性電解質(zhì)，其等電點(diǎn)為pH2-2.5，在常規(guī)的電泳緩沖液中(pH約8.5)，核酸分子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)。線狀雙鏈DNA分子在一定濃度瓊脂糖凝膠中的遷移速率與DNA分子量對(duì)數(shù)成反比，分子越大則所受阻力越大，也越難于在凝膠孔隙中移動(dòng)，因而遷移得越慢。

凝膠電泳技術(shù)用于分離不同物理性質(zhì)（如大小、形狀、等電點(diǎn)等）的分子。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便快速，可以分辨用其它方法（如密度梯度離心法）所無法分離的DNA片段。在中學(xué)生物學(xué)習(xí)過程中，同學(xué)們常常感到與此有關(guān)的試題有一定的難度。

蛋白凝膠電泳(SDS-PAGE)

聚丙烯酰胺凝膠電泳簡(jiǎn)稱為PAGE(Polyacrylamide gel electrophoresis)，是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持介質(zhì)的一種常用電泳技術(shù)。聚丙烯酰胺凝膠由單體丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺聚合而成，聚合過程由自由基催化完成。催化聚合的常用方法有兩種:化學(xué)聚合法和光聚合法?；瘜W(xué)聚合以過硫酸銨(APS)為催化劑，以四甲基乙二胺(TEMED)為加速劑。

在聚合過程中，TEMED催化過硫酸銨產(chǎn)生自由基，后者引發(fā)丙烯酰胺單體聚合，同時(shí)甲叉雙丙烯酰胺與丙烯酰胺鏈間產(chǎn)生甲叉鍵交聯(lián)，從而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

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，連續(xù)系統(tǒng)電泳體系中緩沖液pH值及凝膠濃度相同，帶電顆粒在電場(chǎng)作用下，主要靠電荷和分子篩效應(yīng)。

不連續(xù)系統(tǒng)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(chǎng)中泳動(dòng)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均較前者佳。不連續(xù)體系由電極緩沖液、濃縮膠及分離膠所組成。

濃縮膠是由AP催化聚合而成的大孔膠，凝膠緩沖液為pH6.7的Tris-HCl。分離膠是由AP催化聚合而成的小孔膠，凝膠緩沖液為pH8.9 Tris-HCl。電極緩沖液是pH8.3 Tris-甘氨酸緩沖液。2種孔徑的凝膠、2種緩沖體系、3種pH值使不連續(xù)體系形成了凝膠孔徑、pH值、緩沖液離子成分的不連續(xù)性，這是樣品濃縮的主要因素。

在聚丙烯酰胺凝膠系統(tǒng)中引進(jìn)SDS， SDS能斷裂分子內(nèi)和分子間氫鍵，破壞蛋白質(zhì)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，因而蛋白質(zhì)在一定濃度的含有強(qiáng)還原劑的SDS溶液中， 與SDS分子按比例結(jié)合，形成帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)復(fù)合物。SDS-PAGE一般采用的是不連續(xù)緩沖系統(tǒng)，即分為濃縮膠和分離膠。濃縮膠的作用是具有蛋白聚集濃縮作用，凝膠的濃度較小、孔徑較大。不同蛋白在濃縮膠中的遷移速率一致，在電泳過程中不斷被濃縮至一個(gè)狹窄的區(qū)帶。當(dāng)?shù)鞍走M(jìn)入分離膠后，由于分離膠濃度較大、孔徑較小，分子量小的蛋白由于體積較小，在凝膠中的遷移速率快，分子量大的蛋白遷移率慢，于是就造成不同分子量的蛋白便逐漸被分開。

毛細(xì)管電泳

毛細(xì)管電泳（Capillary Electrophoresis, CE），也可以稱之為高效毛細(xì)管電泳（HPCE），是利用毛細(xì)管為被測(cè)物的分離場(chǎng)所，高壓直流電場(chǎng)為被測(cè)物驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)樣品間組分淌度和它們之間分配行為的不同，從而使其得到分離的一種液相分離技術(shù)，是將傳統(tǒng)電泳技術(shù)與現(xiàn)代微柱分離技術(shù)結(jié)合起來，在20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的又一可以同氣相色譜和高效液相色譜相提并論的分離分析技術(shù)。

儀器結(jié)構(gòu)組成：高壓電源、毛細(xì)管柱、緩沖液池、進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測(cè)器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

分離原理：利用毛細(xì)管為被測(cè)物的分離場(chǎng)所，高壓直流電場(chǎng)為被測(cè)物驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)樣品間組分淌度和它們之間分配行為的不同，從而使其得到分離。

毛細(xì)管凝膠電泳法（CGE-LIF）是根據(jù)片段大小的差異進(jìn)行分離，核酸分子中糖-磷酸骨架中的磷酸基團(tuán)，呈負(fù)離子化狀態(tài)，加反向電壓時(shí)，在電泳過程中從負(fù)極向正極移動(dòng)；帶電荷的核酸通過凝膠向正極遷移，遷移速率受到核酸的分子大小、構(gòu)象、凝膠濃度、電場(chǎng)等因素影響。在相同的電泳條件下，不同大小、構(gòu)象的核酸片段逐一到達(dá)檢測(cè)窗口，從而達(dá)到分離和檢測(cè)的目的。圖1. 毛細(xì)管凝膠電泳原理圖（源于SCIEX）

毛細(xì)管凝膠電泳法具有以下特點(diǎn)：

分辨率更高：按照核酸構(gòu)型，可實(shí)現(xiàn)明顯分離

定量更準(zhǔn)確：無需照膠，利用積分方式準(zhǔn)確定量

操作方便：無需制膠，省時(shí)省力

安全無毒：試劑使用量少，不涉及TB等有毒的核酸染料