一文读懂DNA电泳和蛋白质电泳的原理与差异

来源公众号：克维的植物学笔记　作者：Jing Fan

在实验室中，DNA 跑胶（凝胶电泳）和蛋白质跑胶（SDS-PAGE）都是利用电场驱动分子穿过筛网状介质，但两种分子的物理化学性质截然不同，实际操作和缓冲体系也有着本质的区别。

1. 分子的带电性与迁移原理

DNA 跑胶：
- 天然带电性：DNA 分子主链上的磷酸基团在偏中性的 pH 条件下带负电。
- 电荷与质量比：DNA 的电荷密度均匀（每个碱基带一个负电荷），荷质比（Charge-to-mass ratio）恒定。
- 迁移原理：电场中，DNA 分子的迁移速度取决于分子量的大小（长度）。条带看模糊，可能是电压过高或缓冲液用太久（离子耗尽）
蛋白质跑胶 (SDS-PAGE)：
- 电荷多变性：蛋白质由氨基酸组成，电荷取决于氨基酸侧链基团和环境 pH。
- 人工带电（SDS 的作用）：为了让蛋白质也像 DNA 一样按分子量分离，必须加入强阴离子去污剂SDS。SDS 能打破非共价键使蛋白变性，并按1.4\ g SDS : 1g Protein的比例均匀覆盖在蛋白表面，掩盖蛋白原有的电荷，使其带上均一的负电荷。
- 迁移原理：消除电荷差异和形状差异（线状）后，蛋白迁移速度取决于分子量。

2. Loading Buffer（上样缓冲液）的原理与区别

Loading Buffer 的共同作用是增加样本密度（使样本沉入孔底）和观察电泳进度，但成分有差异：

成分	DNA Loading Buffer (6×)	Protein Loading Buffer (SDS-PAGE, 5×)
密度调节剂	甘油（Glycerol）或蔗糖	甘油
指示剂	溴酚蓝、二甲苯青	溴酚蓝
变性剂	无（通常不需变性）	SDS（使蛋白带负电、破坏非共价键、线性化）
还原剂	无	DTT 或β–巯基乙醇（打开二硫键）、破坏多级结构
处理方式	直接混合上样	95°C~100°C 加热煮沸 5~10 min

关键区别：蛋白上样液还原剂和 SDS，且必须加热，目的是彻底破坏蛋白质的三、四级结构；而 DNA 通常保持双链结构。

3. 凝胶介质与缓冲体系

凝胶介质

缓冲液 (Running Buffer)

DNA 电泳 (TAE/TBE)：
- 成分：Tris + 乙酸/硼酸 + EDTA。
- 原理：维持恒定 pH，提供离子导电，EDTA 螯合二价阳离子以抑制核酸酶活性。
蛋白电泳 (Tris-Glycine)：
- 成分：Tris + 甘氨酸 + SDS。
不连续系统原理：SDS-PAGE 常使用“浓缩胶”和“分离胶”。浓缩胶（pH 6.8）中，完全解离的氯离子（先导离子）跑最快，接近等电点的甘氨酸（拖尾离子）解离极少、跑最慢。蛋白质电荷介于两者间，被高电压梯度挤压成极薄条带。进入分离胶（pH 8.8）后，甘氨酸大量解离并越过蛋白，蛋白质随之按分子量大小开始分离。
蛋白质跑胶：条带出现拖尾，往往由于上样量过大，或者是 Loading Buffer 中还原剂失效（氧化），导致二硫键没打开。

互动社区 · 2026年6月23日