膠體電泳概述

膠體電泳概述 (Gel Electrophoresis)
臺北市立第一女子高級中學二年級梁子誼/臺北市立第一女子高級中學化學科許名智老師

一、何謂電泳?

電泳（electrophoresis）是指在均勻的電場作用下，帶電荷的分子在流體中發生移動的現象。電泳進行時，常會放入基質（matrix）來協助更有效率地分離各分子。基質是指具有多孔隙（porosity）的固體物質，常用的有瓊脂膠體（agarose gel）、聚丙烯醯胺膠體（polyacrylamide gel）等。

將各分子置於基質內，再通上電流，此時分子若帶負電會向陽極（anode）移動，若帶正電則往陰極（cathode）移動，其移動的速率受到各分子的大小、形狀及電荷等物理性質的影響，故可將不同的分子分開來，因此科學家常用來分析分子間的差異性，也利用作為純分子的製備技術之一。

二、電荷的形成

任何物質由於本身的解離作用，或表面上吸附其他帶電質點，在電場中便會向一定的電極移動。作為帶電顆粒可以是小的離子，也可是生物大分子、蛋白質、核酸、病毒顆粒、胞器等。

三、影響電泳速度的外界因素

1.電場度
2.所用基質濃度
3.分子的大小

四、瓊脂糖凝膠電泳（agarose gel electrophoresis）

瓊脂膠體電泳是一種常用於分析大分子的核酸（DNA和RNA）的方法。瓊脂（俗稱洋菜）是由石花菜屬（Gelidium）及江蘺屬（Gracilaria）藻類中萃取出來，易溶於沸水，冷卻後會凝固。瓊脂的濃度越大，其分子間的距離越小，即膠體的孔隙越小，分子越難移動，越容易將各分子分離。

利用瓊脂膠體電泳分析核酸時，因核酸本身帶負電（含有磷酸鹽），故在電場裡會向陽極的方向移動。

雙股DNA為長鏈狀分子，故其在瓊脂膠體內的移動和其大小直接相關。而單股DNA或RNA因會自我褶疊，易形成複雜的三級結構，因此其物理性質，如形狀、大小等，皆會影響分子移動的速率。此時可利用氫氧化鈉等物質，破壞單股DNA或RNA的三級結構，使其成為長鏈狀分子，則移動速率僅受分子大小的影響。

五、聚丙烯醯胺凝膠電泳

聚丙烯醯胺凝膠電泳用於分離蛋白質和寡核苷酸。聚丙烯醯胺凝膠為網狀結構，具有分子篩效應。它有兩種形式：非變性聚丙烯酰胺凝膠及SDS-聚丙烯醯胺凝膠（SDS-PAGE）；非變性聚丙烯醯胺凝膠，在電泳的過程中，蛋白質能夠保持完整狀態，並依據蛋白質的分子量大小、蛋白質的形狀及其所附帶的電荷量而逐漸呈梯度分開。

而SDS-PAGE僅根據蛋白質亞基分子量的不同就可以分開蛋白質。在樣品介質和丙烯醯胺凝膠中加入離子去污劑和強還原劑後，蛋白質亞基的電泳遷移率主要取決於亞基分子量的大小（可以忽略電荷因素）。

SDS是陰離子去污劑，作為變性劑和助溶試劑，它能斷裂分子內和分子間的氫鍵，使分子去摺疊，破壞蛋白分子的二、三級結構。而強還原劑能使半胱氨酸殘基間的二硫鍵斷裂。在樣品和凝膠中加入還原劑和SDS後，分子被解聚成多肽鏈，解聚後的氨基酸側鏈和SDS結合成蛋白- SDS膠束，所帶的負電荷大大超過了蛋白原有的電荷量，這樣就消除了不同分子間的電荷差異和結構差異。

此鑑定方法中，蛋白質的遷移率主要取決於它的相對分子質量，而與所帶電荷和分子形狀無關。

參考資料
1.http://www.bio.fju.edu.tw/excel/content04/html/42.htm
2.http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=7980
3.維基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%81%E4%BA%8C%E7%83%B7%E5%9F%BA%E7%A1%AB%E9%85%B8%E9%88%89%E8%81%9A%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B0%E8%83%BA%E5%87%9D%E8%86%A0%E9%9B%BB%E6%B3%B3
4.http://www.uuuwell.com/mytag.php?id=88891