烯酰胺凝膠電泳
聚丙烯酰胺凝膠電泳是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持介質的電泳方法。在這種支持
介質上可根據被分離物質分子大小和分子電荷多少來分離。
聚丙烯酰胺凝膠有以下優點：
①聚丙烯酰胺凝膠是由丙烯酰胺和N，N'甲叉雙丙烯酰胺聚合而成的大分子。凝膠有
格子是帶有酰胺側鏈的?碳-碳聚合物，沒有或很少帶有離子的側基，因而電滲作用
比較小，不易和樣品相互作用。
②由于聚丙烯酰胺凝膠是一種人工合成的物質，在聚合前可調節單體的濃度比，形成
不同程度交鏈結構，其空隙度可在一個較廣的范圍內變化，可以根據要分離物質分子
的大小，選擇合適的凝膠成分，使之既有適宜的空隙度，又有比較好的機械性質。一
般說來，含丙烯酰胺7-7.5%的凝膠，機械性能適用于分離分子量范圍不1萬至100萬物
質，1萬以下的蛋白質則采用含丙烯酰胺15-30%的凝膠，而分子量特別大的可采用含
丙烯酰胺4%的凝膠，大孔膠易碎，小孔膠則難從管中取出，因此當丙烯酰胺的濃度增
加時可以減少雙含丙烯酰胺，以改進凝膠的機械性能。
③在一定濃度范圍聚丙烯酰胺對熱穩定。凝膠無色透明，易觀察，可用檢測儀直接測
定。
④丙烯酰胺是比較純的化合物，可以精制，減少污染。
合成聚丙烯酰胺凝膠的原料是丙烯酰胺和甲撐雙丙烯酰胺。丙烯酰胺稱單體，甲撐雙
丙烯酰胺稱交聯劑，在水溶液中，單體和交聯劑通過自由基引發的聚合反應形成凝
膠。
　　在聚丙烯酰胺凝膠形成的反應過程中，需要有催化劑參加，催化劑包括引發劑和
另速劑兩部分。引發劑在凝膠形成中提供始自由基，通過自由基的傳遞，使丙烯酰胺
成為自由基，發動聚合反應，加速劑則可加快引發劑放自由基的速度。常用的引發劑
和加速劑的配伍如下表：

聚合反應催化劑配伍

引 發 劑
加 速 劑

（NH4)2S2O8
TEMED

(NH4)2S2O8
DMAPN

核 黃 素
TEMED

注：(NH4)2S2O8，過硫酸胺
TEMED：N，N，N，N'?FONT FACE="宋體" LANG="ZH-CN">四甲基乙二胺
DMAPN：β－二甲基胺基丙晴
　　用過硫酸銨引發的反應稱化學聚合反應；用核黃素引發，需要強光照射反應液，
稱光聚合反應。
聚丙烯酰胺聚合反應可受下列因素影響：
1、大氣中氧能淬滅自由基，使聚合反應終止，所以在聚合過程中要使反應液與空氣
隔絕。
2、某些材料如有機玻璃，能抑制聚合反應。
3、某些化學藥物可以減慢反應速度，如赤血鹽。
4、溫度高聚合快，溫度低聚合慢。
以上幾點在制備凝膠時必須加以注意。
凝膠的篩孔，機械強度及透明度等很大程度上由凝膠的濃度和交聯決定。每100亳升
凝膠溶液中含有單體和交聯劑的總克數稱凝膠濃度，常用T%表達；凝膠溶液中交聯劑
占單體和交聯體總量的百分數稱為交聯度，常用C%表示，可用下式計算：

　

　

　

公 式

a：丙烯酰胺克數； b：甲撐雙丙烯酰胺克數；m：緩沖液體積（毫升）
凝膠濃度過高時，凝膠硬而脆，容易破碎；凝膠濃度太低時，凝膠稀軟，不易操作。

交聯度過高，膠不透明并缺乏彈性；交聯度過低，凝膠呈糊狀。
聚丙烯酰胺凝膠具有較高的粘度，它不防止對流減低擴散的能力，而且因為它具有三
度空間網狀結構，某分子通過這種網孔的能力將取決于凝膠孔隙和分離物質顆粒的大
小和形狀，這是凝膠的分子篩作用。由于這種分子篩作用，這里的凝膠并不僅是單純
的支持物，因此，在電泳過程中除了注意電泳的基本原理以外，還必須注意與凝膠本
身有關的各種性質（網孔的大小和形狀等）?？赏ㄟ^下式計算來選擇適當的凝膠網
孔。

公 式

式中：P為網孔平均直徑，C為多聚體濃度，d為該多聚體分子直徑（若不是卷曲的分
子應為），K為常數，K值取決于漲膠的幾何構型，假如多聚體的鏈是以近似于直角
交聯的，則約為1.5根據此式，我們可以通過多聚體濃度C近似地計算出網孔直徑，例
如已知多聚體濃度為5%，其網孔平均直徑應為：

　

　

　

公 式

這樣的計算是粗略的，與實際情況有一定距離，有人測定了總濃度（T）為6.5?FONT
FACE="宋體" LANG="ZH-CN">20%的丙烯酰胺液，在六種不同比例的雙丙烯酰胺存在
下，聚合后的網孔大小，發現孔徑與總濃度有關，總濃度愈大，孔徑相應變小，機械
強度增強，與總濃度不變時，甲叉雙丙烯酰胺（Bis)的濃度在5%時孔徑zui小，高于或
低于此值時，聚合體孔徑都相對變大，凝膠孔徑在凝膠電泳中是一個重要的參數，它
往往決定了電泳的分離效果。經過不斷的實踐，得到了如表3?FONT FACE="宋體"
LANG="ZH-CN">3所示的經驗值，在一般情況下，大多數生物體內的蛋白質采用7.5%濃
度的凝膠，所得電泳結果往往是滿意的，因此稱由此濃度組成的凝膠為“標準凝
膠”。

對那些用于重要研究的凝膠，是通過采用4?FONT FACE="宋體" LANG="ZH-CN">
10%的一系列凝膠濃度梯進行預先試驗，以選出zui適凝膠濃度。

　

表3?FONT FACE="宋體" LANG="ZH-CN">3 不同分子量范圍的蛋白質和核酸在凝膠電泳
中所選用的凝膠濃度百分率

物 質
分子量范圍
適用的凝膠濃度（%）

蛋白質
<10
1-4×104　
4×10-1×105
1-5×105
>5×105
20-30 15-20 10-15 5-10 2-5

核酸
<104
104-105
105-2×106
10-20
5-10
2-3.6

聚丙烯酰胺凝膠電泳可分為連續的和不連續的兩類，前者指整個電泳系統中所用緩沖
液，pH值和凝膠網孔都是相同的，后者是指在電泳系統中采用了兩種或兩種以上的緩
沖液，pH值和孔徑，不連續電泳能使稀的樣品在電泳過程中濃縮成層，從而提高分辨
能力。

蛋白質在聚丙烯酰胺凝膠中電泳時，它的遷移率取決于它所帶凈電荷以及分子的大小
和形狀等因素。如果加入一種試劑使電荷因素消除，那電泳遷移率就取決于分子的大
小，就可以用電泳技術測定蛋白質的分子量。1967年，Shapiro等發現陰離子去污劑
十二烷基硫酸鈉（SDS）具有這種作用。當向蛋白質溶液中加入足夠量SDS和巰基乙
醇，SDS可使蛋白質分子中的二硫鍵還原。由于十二烷基硫酸根帶負電，使各種蛋白
質—SDS復合物都帶上相同密度的負電荷，它的量大大超過了蛋白質分子原的電荷量，
因而掩蓋了不同種蛋白質間原有的電荷差別，SDS與蛋白質結合后，還可引起構象改
變，蛋白質—SDS復合物形成近似“雪茄煙”形的長橢圓棒，不同蛋白質的SDS復合物
的短軸長度都不一樣，約為18A，這樣的蛋白質—SDS復合物，在凝膠中的遷移率，不
再受蛋白質原的電荷和形狀的影響，而取決于分子量的大小，因而SDS?FONT FACE="宋
體" LANG="ZH-CN">聚丙可以用于測定蛋白質的分子量。