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電泳裝置、支持介質與毛細管電泳

科目:生物化學與臨床生化學|題數:13
電泳裝置、支持介質與毛細管電泳
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建立於 2026年10月31日

學習重點 掌握電泳的基本原理:帶電分子在電場中移動,分離結果受電荷、質量、形狀、緩衝液與電場條件影響。 區分電泳移動與電滲流,了解毛細管區帶電泳可利用電滲流輸送待測物。 熟記等電點聚焦利用兩性電解質載體建立 pH 梯度,並依 pH 與 pI 判斷蛋白質移動方向。 辨認免疫固定電泳的抗原-抗體反應,以及基本電泳裝置與後續定量儀器的差別。 核心觀念 一、電泳分離原理與影響因素 電泳是帶電粒子在電場作用下,相對於周圍液體產生移動的現象。帶正電者往負極(陰極),帶負電者往正極(陽極)。移動速度取決於電場強度及電泳移動度;移動度則與分子的淨電荷、大小、形狀及介質阻力有關。 以瓊脂糖凝膠分析血清蛋白,主要依據蛋白質的電荷與質量差異分離。血清蛋白使用的瓊脂糖凝膠孔隙較大,分子篩效應通常較小,電荷差異尤其重要;不能將其分離原理簡化為只看分子大小,也不是依氫鍵數量、四級結構或與介質的親和力分離。 緩衝液 pH:影響蛋白質的淨電荷,因而改變移動方向與速度。 緩衝液離子強度:影響導電性、電荷屏蔽與發熱情形,會改變分離結果。 電壓與電流:影響移動與發熱。散熱不足時,焦耳熱可能造成區帶擴散、變形或蛋白質變性。 支持介質:其孔隙、固定電荷及吸附作用均可能影響分離。 樣本吸管頭材質:在一般正常操作條件下,不屬於決定電泳分離結果的主要因素。 二、支持介質與電滲流 電滲流或內滲透(electroendosmosis、endosmosis)是液體在電場作用下,相對於固定介質整體移動的現象。介質表面帶有固定電荷時,附近會聚集反離子;可移動的反離子受電場驅動,帶動液體流動。它與「待測分子本身帶電而移動」的電泳不同。 在其他條件相近、羧基可解離的情況下,膠體含有越多羧酸基(carboxylic acid groups),越容易產生負固定電荷並造成內滲透。負電表面附近的可移動陽離子通常帶動液體往負極流動。 支持介質電滲流特性與考點 乙酸纖維素可有內滲透,液體流動可能影響蛋白質表觀位置。 瓊脂糖可有電滲流,程度與介質中的帶電基團等條件有關。 聚丙烯醯胺膠固定電荷較少,所列介質中較不易出現內滲透。 玻璃毛細管內壁矽醇基解離後可帶負電,常形成明顯電滲流。 血清蛋白在常用鹼性緩衝液中多帶負電,電泳方向朝正極;若液體電滲流朝負極,便與蛋白質的電泳方向相反。γ 球蛋白本身移動較慢,較容易受到此流動影響,甚至呈現向負極的表觀位移。不可說內滲透使 γ 球蛋白向正極移動,也不能用它解釋 β 球蛋白必然分成兩條帶。 界達電位(zeta potential)是介面附近滑動面相對於溶液主體的電位差,與表面及溶液條件有關;不能概括成「溶液中的 zeta potential 大部分帶負電」。 三、毛細管區帶電泳 毛細管區帶電泳利用待測物電泳移動度的差異分離,電滲流則參與整體輸送。在常見的未塗覆熔融矽毛細管、內壁帶負電且採一般極性操作的條件下,電滲流朝負極。 待測物的表觀速度是本身電泳速度與電滲流速度的向量和。陽離子的電泳方向可與電滲流同向;陰離子的電泳方向則相反,若電滲流較強,陰離子仍可能被帶往負極。 中性分子也能隨電滲流移動,但在一般毛細管區帶電泳中,中性分子缺乏電泳移動度差異,不能僅靠電滲流彼此分離。因此,「可被輸送」不等於「可互相分離」。 毛細管內徑小、散熱效率佳,可使用高電場。在毛細管、等電點聚焦、脈衝場及一般變性電泳的典型比較中,毛細管電泳所需電壓最高。脈衝場電泳的特色是週期性改變電場方向,不代表電壓最高。 四、等電點聚焦電泳 等電點聚焦(isoelectric focusing,IEF)利用酸鹼度梯度,依蛋白質的等電點(pI)分離。傳統載體型 IEF 使用兩性電解質載體(carrier ampholytes)建立 pH 梯度;聚丙烯醯胺與瓊脂糖可提供支持架構,但不是此梯度的主要來源。 局部 pH 與 pI 的關係蛋白質淨電荷電泳方向 pH<pI正電往負極 pH=pI約為零停止淨電泳移動並聚焦 pH>pI負電往正極 例如 pI=8 的蛋白質位於 pH=4 處,因 pH 低於 pI 而帶正電,會往負極移動,到局部 pH 接近 8 時聚焦。蛋白質若擴散離開等電點位置,便重新帶電並移回,因此能形成狹窄區帶。 IEF 的關鍵不是溫度、密度、鹽度或離子強度梯度。SDS 是陰離子去垢劑,用於 SDS-PAGE 時可使蛋白質變性並形成近似一致的電荷質量比,使分離主要反映分子大小;SDS 不是建立 IEF pH 梯度的材料。一般未變性的聚丙烯醯胺膠電泳則仍受電荷、大小與形狀共同影響。 五、免疫固定電泳與基本裝置 免疫固定電泳(immunofixation electrophoresis)先將蛋白質電泳分離,再加入特異性抗血清,使相應抗原與抗體形成沉澱,洗去未結合成分後染色觀察。其辨識關鍵是抗原與抗體的特異性反應,可用於辨認單株免疫球蛋白的類型。 基本電泳分離裝置包含電源、電泳槽與電極、支持介質及緩衝液。轉換器(transducer)不屬於此基本組成;光密度掃描器(densitometer)用於分離後掃描區帶及定量,也不屬於完成電泳分離所必需的基本裝置。 常考陷阱 「聚丙烯醯胺或瓊脂糖形成 IEF 的 pH 梯度」:應選兩性電解質載體;支持骨架與梯度來源須分清楚。 「pH 低於 pI,蛋白質往正極」:此時帶正電,應往負極;只有到達 pH=pI 才停止淨電泳移動。 「所有介質都沒有內滲透」:聚丙烯醯胺膠只是相對較少;玻璃毛細管則可利用明顯電滲流。 「電滲流就是帶電蛋白的移動」:電滲流是液體整體流動,與蛋白質本身的電泳方向可能相反。 「毛細管區帶電泳可單靠電滲流分開中性分子」:中性分子可隨流移動,但一般無法藉此彼此分離。 「掃描器是基本電泳分離裝置」:它負責後續讀取與定量,應與電源、介質及緩衝液區分。 「等電點聚焦利用抗原-抗體反應」:IEF 看 pI;免疫固定才看抗原-抗體特異性。 記憶口訣 「低於等電帶正走負,高於等電帶負走正;兩性建梯度,等電就聚焦;聚膠少內滲,毛管用高壓;免疫固定認抗體。」

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  1. 10.下列何種方法是利用抗原與抗體的特異性反應? (A)等電點電泳(isoelectric focusing) (B)毛細管電泳(capillary electroph...
  2. 4.執行蛋白質的等電點電泳(isoelectric focusing electrophoresis)時,電泳膠中形成 pH 梯度需使用下 列何種材料? (A)聚醯...
  3. 34.下列何種因素不會影響電泳分離結果? (A)樣本吸管頭之材質 (B)緩衝液之pH值 (C)電流和電壓大小 (D)緩衝液之離子強度
  4. 33.等電點聚焦(isoelectric focusing)電泳主要是用下列何種梯度方法分離物質? (A)溫度 (B)密度 (C)鹽度 (D)酸鹼度
  5. 34.下列何者是在等電點電泳法中會造成電泳膠體pH值梯度的主要物質? (A)agarose (B)ampholytes (C)imidazole (D)polyacrylam...
  6. 33 下列那種電泳介質比較不會有內滲透(endosmosis)的現象? (A)乙酸纖維素(cellulose acetate) (B)瓊脂(agarose) (C)聚...
  7. 57 下列那一種電泳法所需的電壓最高? (A)等電點電泳 (B)毛細管電泳 (C)脈衝場電泳 (D)變性電泳
  8. 34 等電聚焦電泳(isoelectric focusing)主要是用那一種階層原理分離物質? (A)溫度 (B)密度 (C)酸鹼度 (D)離子強度