电泳定义

电泳是一种利用电场在流体或凝胶中根据电荷、结合亲和力和大小分离大分子的技术。阳极电泳（Cataphoresis）指的是带正电荷的粒子（阳离子）的电泳，而阴极电泳（Anaphoresis）指的是带负电荷的粒子（阴离子）的电泳。

电泳的电动现象于1807年由俄罗斯科学家Peter Ivanovich Strakhov和Ferdinand Frederic Reuss在莫斯科大学发现，他们发现施加稳定的电场会导致分布在水中的粘土颗粒移动。粒子表面与周围流体之间存在带电接触最终导致了这种现象。它为化学分析技术奠定了基础，这些技术用于根据大小、电荷或结合亲和力分离分子。

关键点

• 电泳是一种利用电场在凝胶或溶液中分离分子的技术。
• 分子的大小和电荷决定了粒子在电场中的运动速率和方向。
• 电泳通常用于分离大分子，如DNA、RNA或蛋白质。

什么是电泳？

电泳中有两个基本参数会影响粒子的移动速度和方向。带正电的物质会被吸引到电场的正极，而带负电的物质会被吸引到负极。如果场足够强，中性物质可能会被电离。否则，通常不受影响。粒子大小是另一个考虑因素。比大离子和小分子更容易通过凝胶或液体。带电粒子在电场中会被相反的电荷吸引，其他力也会影响分子的移动。摩擦力和静电阻力会减慢粒子在流体或凝胶中的移动速度。在凝胶电泳中，可以通过改变凝胶的浓度来改变凝胶基质的孔径，从而影响迁移率。还存在一种液体缓冲液，它调节环境的pH值。

当分子通过液体或凝胶被吸引时，介质会升温。这可能会使分子变性并改变其运动速度。电压被调整以减少分离分子所需的时间，同时保持良好的分离并使化学物质保持完整。为了补偿热量，有时会在冰箱中进行电泳。

这些过程略有不同，但电泳只需要电荷源、支撑介质和缓冲液。在实验室中，电泳也用于根据分子的大小、密度和纯度来分离分子。

凝胶电泳是一种分离大分子（如DNA、RNA或蛋白质分子）的技术。在法医学中，它用于 -

• DNA片段化，用于Southern blot RNA片段化，用于Northern blot 核酸分子大小测定
• 蛋白质片段化，用于Western blot的制备
• PCR产物分离分析
• 序列变异或突变体的鉴定和分析

电泳的临床应用

• 血清蛋白电泳
• 脂蛋白检测
• 血红蛋白病和血红蛋白A1c检测
• 血清蛋白测定 微异质性与表型
• 蛋白质基因分型，例如用于阿尔茨海默病的APOE检测（多态性蛋白）
• 小分子监测，例如药物和类固醇
• 脑脊液检查
• 尿液分析，用于GN测定

电泳的历史

分子分离和化学分析的电泳历史始于1931年的Arne Tiselius，而在21世纪，基于电泳的新型分离程序和化学分析技术仍在不断发展。Tiselius于1937年创建了“Tiselius装置”用于流动边界电泳，并在洛克菲勒基金会的资助下发表了著名的论文“一种用于胶体混合物电泳研究的新型装置”。该方法传播缓慢，直到20世纪40年代和50年代，使用滤纸或凝胶作为支撑介质的有效区带电泳方法才变得普及。到20世纪60年代，日益复杂的凝胶电泳程序使得可以根据微小的物理和化学差异来分离生物分子，从而促进了分子生物学的发展。凝胶电泳及类似技术成为各种生物化学方法的基础，例如蛋白质指纹图谱、Southern blot、各种blotting程序、DNA测序等等。

电泳原理

粒子表面与周围流体之间存在电荷分离，这被称为电泳。当施加电场时，产生的电荷密度会导致粒子迁移，并且粒子周围的流体流动。将电场施加到带电分子上，这些分子根据其电荷被放置在电场的一端。根据分子所带电荷的类型，它们会向相反的电极迁移——阴极（负极）或阳极（正极）。在电泳过程中，分子的尺寸、形状和电荷保持不变，这决定了离子粒子的迁移率。

在酸性条件下，两性电解质作为带正电荷的粒子或离子向阴极移动。在碱性环境中，它作为带负电荷的粒子或离子向阳极移动。在电场作用下，支持介质中离子的迁移速率由以下因素决定：

• 分子的净电荷
• 分子的尺寸和形状
• 电场的大小
• 支撑介质的性质
• 过程的温度

电泳类型

电泳是指一组相似的分析程序。以下是一些主要的类型：

亲和电泳

亲和电泳是一种电泳形式，其中粒子根据其复合物的形成或生物特异性相互作用进行分离。

板状凝胶电泳

板状凝胶电泳是一种常用的方法，其中包含任何厚度的矩形凝胶。

圆盘电泳

聚丙烯酰胺或淀粉凝胶层的成分和孔径不同，在电泳基质中产生了不连续性。

等电聚焦电泳（IEF）在高精度地在具有稳定pH梯度的介质中分离物质（如蛋白质）。

等速电泳（ITP）

它将较小的离子物质分离成相邻的不重叠的区域，且迁移速率相同。在ITP中，含有各种带电分子的样品被泵入一个含有由不同电导率电解质组成的多个区域的缓冲液系统的管中。然后将管子置于电场中，这会引起带电分子根据其电泳迁移率向各自的区域迁移。

毛细管电泳

毛细管电泳是一种根据原子半径、电荷和粘度分离离子的电泳形式。顾名思义，这种方法通常在玻璃管中进行。它能产生快速的结果和高分辨率的分离。

凝胶电泳

凝胶电泳是一种电泳类型，其中分子在电场的作用下，通过多孔凝胶进行迁移并被分离。琼脂糖和聚丙烯酰胺是两种最常用的凝胶成分。核酸（DNA和RNA）、核酸片段和蛋白质使用凝胶电泳进行分离。

纸上电泳

纸上电泳是一种简单且经济的分析技术，用于分离和研究带电分子，如蛋白质、氨基酸和核酸。它包括将少量样品置于电场中，并允许带电分子根据其电荷和大小通过纸张。

免疫电泳

免疫电泳是一系列电泳程序的总称，用于根据蛋白质与抗体的反应性来描述和分离蛋白质。

区带电泳

ZE，或区带电泳，是一种分析核酸、生物聚合物和蛋白质的方法。这种电泳分离方法涉及在施加电流的情况下，将多种物质在缓冲液中进行输运。由于迁移率的差异，这些物质将分裂成清晰且可变的峰。

脉冲场凝胶电泳

脉冲场电泳是一种通过周期性改变施加到凝胶基质上的电场方向来分离大分子（如DNA）的方法。因为标准的凝胶电泳无法有效分离非常大的分子，这些分子在电场不同时会倾向于一起迁移。改变电场方向为分子提供了通过凝胶的新路径。电压通常会在三个方向之间交替，其中一个方向与凝胶的轴平行，另外两个方向与凝胶的轴成60度角。虽然比普通的凝胶电泳耗时更长，但它在分离大片段DNA方面更有效。

等电聚焦

等电聚焦（IEF或电聚焦）是一种根据等电点分离分子的电泳。IEF最常用于蛋白质，因为它们的电荷依赖于pH。

结论

电泳是一种电动现象，涉及电场、支撑介质和缓冲液。它在日常生活中具有广泛的法医学和临床应用。自1807年在俄罗斯发明以来，电泳已经取得了长足的进步，从基本的矩形凝胶发展到更高分辨率的技术。总的来说，电泳是一种根据生物分子或感兴趣的带电粒子在特定电场中的迁移率来分离它们的技术。凝胶电泳允许科学家观察DNA片段的大小，并有助于DNA测序。