蛋白质电泳是一种用于分离、分析和鉴定蛋白质混合物的常用实验技术。其核心原理是利用电场力驱动带电蛋白质在凝胶介质中迁移，根据蛋白质的电荷、大小和形状等特性的差异实现分离。

以下是详细的工作原理和关键组成部分：

一、蛋白质电泳核心基本原理

1、电荷性质：

（1）蛋白质是由氨基酸组成的生物大分子，其表面带有正电荷（碱性氨基酸，如赖氨酸、精氨酸）或负电荷（酸性氨基酸，如天冬氨酸、谷氨酸）。

（2）在特定pH值的缓冲液中，蛋白质会带上净电荷（正电荷或负电荷）。当置于电场中时，带正电的蛋白质会向负极（阴极）迁移，带负电的蛋白质会向正极（阳极）迁移。

2、迁移率：

（1）蛋白质在电场中的迁移速度（迁移率）取决于几个关键因素：

（2）电荷/质量比：净电荷越大，受到的电场力越强；分子量越小，迁移阻力越小。因此，电荷/质量比 是决定迁移速度的主要内在因素。

（3）电场强度：电压越高，迁移越快。

（4）凝胶基质：凝胶（如聚丙烯酰胺凝胶）具有网状结构，起到“分子筛”的作用。小分子蛋白容易通过孔隙，迁移快；大分子蛋白受阻大，迁移慢。这是常用于按大小分离蛋白质的关键。

二、常用的方法：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）

这是应用广泛、主要用于按分子量大小分离蛋白质的方法。它通过一系列处理，消除了蛋白质天然电荷和形状的差异。

1、样品处理：

（1）SDS（十二烷基硫酸钠）：一种阴离子去污剂，能破坏蛋白质的非共价键（氢键、疏水作用），使其变性展开为线性结构。

（2）还原剂（如β-巯基乙醇或DTT）：能打断二硫键，使蛋白质亚基解离。

（3）处理后，SDS以恒定的比例（约1.4g SDS / 1g 蛋白质）非共价结合到蛋白质肽链上，使所有蛋白质都带上大量均匀的负电荷（远超其原有的净电荷差异）。

2、分离机制：

（1）在SDS-PAGE中，所有蛋白质-SDS复合物都带有与分子量成比例的负电荷（电荷/质量比近似恒定），因此它们在电场中的迁移几乎只取决于分子量的大小。

（2）蛋白质在具有特定孔径的聚丙烯酰胺凝胶中迁移时，小分子蛋白跑得快，大分子蛋白跑得慢，从而实现按分子量从大到小的梯度分离。

（3）通过与已知分子量的标准蛋白（蛋白Marker）对比，可以估算未知蛋白的分子量。

3、凝胶系统：

（1）浓缩胶：位于凝胶顶部，孔径较大，pH值不同。其作用是浓缩样品蛋白，使其在进入分离胶前形成一条狭窄的起始线，提高分辨率。

（2）分离胶：位于凝胶下部，孔径较小，是按分子量进行实际分离的区域。通过调整聚丙烯酰胺的浓度（如8%，12%，15%），可以控制孔径大小，优化不同分子量范围的分离效果。

三、其他重要类型的蛋白质电泳

1、非变性（天然）PAGE：

（1）在不添加SDS和还原剂的条件下进行。

（2）蛋白质保持其天然构象、电荷和生物活性。

（3）迁移率同时取决于蛋白质的净电荷、大小和形状。适用于研究蛋白质复合物、酶活性等。

2、等电聚焦电泳：

（1）在具有连续pH梯度的凝胶中进行。

（2）蛋白质在电场中迁移，当到达其等电点（pI，即蛋白质净电荷为零的pH值）的位置时，停止迁移。

（3）主要用于根据蛋白质的等电点（pI） 进行高分辨率分离和测定。

3、二维电泳：

（1）结合了等电聚焦（按pI分离） 和SDS-PAGE（第二维，按分子量分离）。

（2）能将复杂的蛋白质混合物（如全细胞裂解液）分离成数千个点，是蛋白质组学研究的强大工具。

四、主要应用

分子量测定

样品纯度分析

蛋白质表达水平比较

免疫印迹分析

蛋白质组学研究

酶活性分析（非变性电泳）

五、总结

蛋白质电泳，尤其是SDS-PAGE，通过结合电场驱动和凝胶分子筛效应，并利用SDS处理标准化蛋白质的电荷/质量比，成功地将复杂的蛋白质混合物按照分子量大小进行高效分离，成为现代生物化学和分子生物学实验室基础分析技术。