什麼是凝膠電泳

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介紹

凝膠電泳是一種廣泛應用於分子生物學和生物化學的分析技術，它可以根據 DNA、RNA 和蛋白質分子的尺寸、電荷和其他物理特性對其進行分離。

這是一種簡單有效的方法，可以從複雜的混合物中分離和純化特定的分子，例如 DNA 片段、RNA 轉錄物或蛋白質。凝膠電泳應用於各種領域，包括遺傳研究、醫學診斷和生物技術。

本文將全面概述凝膠電泳，包括其定義、原理、步驟和用途。

凝膠電泳的定義

凝膠電泳是一種實驗室技術，用於根據 DNA、RNA 和蛋白質分子的尺寸、電荷和其他物理特性對其進行分離和分析。它涉及將待分析的樣品放置在多孔凝膠基質上，施加電場，然後使分子遷移穿過凝膠基質。

分子根據其大小進行分離，較小的分子比較大的分子更快地穿過凝膠。

該技術最初由生物化學家 Arne Tiselius 和 Archer Martin 在 1940 年代和 1950 年代開發。從那時起，凝膠電泳已成為分子生物學和生物化學中必不可少的工具，用於分析和純化各種生物分子。

凝膠電泳的原理

凝膠電泳的原理基於以下事實：由於磷酸基團和氨基酸殘基的存在，DNA、RNA 和蛋白質分子帶負電。

當置於電場中時，這些分子將向帶正電的電極遷移，遷移速率取決於分子的尺寸和電荷。凝膠電泳中使用的凝膠基質通常由瓊脂糖或聚丙烯醯胺製成。

這些材料形成一個多孔網路，使分子能夠根據其大小遷移穿過凝膠基質。瓊脂糖凝膠通常用於分離 DNA 片段，而聚丙烯醯胺凝膠用於分離蛋白質和小核酸，例如 RNA。

待分析的樣品透過將生物分子與載入緩衝液混合來製備，該緩衝液通常包含跟蹤染料以幫助監測電泳的進展，以及變性劑以確保分子均勻帶負電。

然後將樣品載入到凝膠基質上，並使用電源在凝膠上施加電場。

分子穿過凝膠基質向帶正電的電極遷移，較小的分子比較大的分子更快地穿過凝膠。每個分子的遷移距離與其大小成正比，較小的分子比較大的分子遷移得更遠。

然後可以使用各種技術對分離的分子進行視覺化和分析，例如用溴化乙啶染色 DNA 或用銀染色蛋白質。分離的分子也可以從凝膠基質中提取出來，以便進行進一步的分析或純化。

凝膠電泳的步驟

以下是凝膠電泳中涉及的通用步驟：

製備凝膠基質

凝膠基質是透過將瓊脂糖或聚丙烯醯胺溶解在緩衝溶液（如 TBE 或 TG-SDS）中製備的。將凝膠基質倒入模具中並使其凝固，形成多孔凝膠基質。

製備樣品

待分析的樣品透過將生物分子與載入緩衝液混合來製備，該緩衝液通常包含跟蹤染料以幫助監測電泳的進展，以及變性劑以確保分子均勻帶負電。

載入樣品

然後使用微量移液器將製備好的樣品載入到凝膠基質上。必須注意均勻載入樣品，並且不要過載凝膠，因為這會導致分離帶的變形。

施加電場

將凝膠放置在電泳槽中並覆蓋緩衝溶液。將電極連線到電源，並在凝膠上施加電場。電場導致帶負電的生物分子向帶正電的電極遷移。

監測電泳的進展

透過觀察跟蹤染料穿過凝膠基質的遷移來監測電泳的進展。還可以透過定期停止電泳並用特定染料（例如溴化乙啶用於 DNA 或銀染用於蛋白質）染色凝膠來監測生物分子的遷移速率。

提取分離的分子

電泳完成後，可以使用各種技術對分離的分子進行視覺化和分析，例如用溴化乙啶染色 DNA 或用銀染色蛋白質。分離的分子也可以從凝膠基質中提取出來，以便進行進一步的分析或純化。

凝膠電泳的用途

凝膠電泳是一種用途廣泛的技術，在分子生物學和生物化學中具有廣泛的用途。凝膠電泳的一些最常見用途包括：

DNA 片段分析

凝膠電泳通常用於分離和分析不同大小的 DNA 片段。這在遺傳研究中特別有用，科學家可以使用凝膠電泳來分析 DNA 樣本中的變異和突變。

RNA 轉錄物分析

凝膠電泳也可用於分離和分析不同大小的 RNA 轉錄物。這在基因表達研究中特別有用，科學家可以使用凝膠電泳來分析細胞或組織中不同 RNA 轉錄物的水平。

蛋白質分析

凝膠電泳可用於根據蛋白質的大小和電荷對其進行分離和分析。這在蛋白質純化和表徵中特別有用，科學家可以使用凝膠電泳從複雜的混合物中分離和純化特定的蛋白質。

醫學診斷

凝膠電泳也用於醫學診斷，尤其是在遺傳疾病的診斷中。例如，凝膠電泳可用於分析血液樣本中的血紅蛋白分子，使醫生能夠診斷鐮狀細胞性貧血等血紅蛋白病。

我們能從文章中獲得什麼資訊

凝膠電泳是一種強大的分析技術，可以根據生物分子的尺寸、電荷和其他物理特性對其進行分離和分析。

它是一種用途廣泛且廣泛應用於分子生物學和生物化學的技術，在遺傳研究、醫學診斷和生物技術中具有廣泛的應用。

通過了解凝膠電泳中涉及的原理和步驟，科學家可以使用這種技術分離和純化特定的生物分子，分析其特性，並更深入地瞭解生命的基本過程。