聚丙烯酰胺凝胶电泳分离过氧化物同工酶

一、目的

同工酶是指能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成却有所不同的一组酶。研究表明，植物在发育过程中，所含同工酶的种类和比例都不相同，它们与植物的遗传、生长发育、代谢调节及抗性等都有一定关系，因此作为基因表达的产物，测定同工酶谱是认识基因存在和表达的一种工具，在植物的种群、发育及杂交遗传的研究中有重要的意义。

过氧化物酶是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶。它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系。在植物生长发育过程中它的活性不断发生变化，测定这种酶的活性或其同工酶，可以反映某一时期植物体内代谢的变化。

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳测定同工酶，方法简便，灵敏度高，重现性强，测定结果便于观察、记录和保存。本实验采用聚丙烯酰胺凝胶垂直板电泳技术，分离小麦幼苗过氧化物酶同工酶，根据酶的生物化学反应，通过染色方法显示出酶的不同区带，以鉴定小麦幼苗过氧化物酶同工酶。

通过本实验要掌握电泳技术的原理、方法、装置、凝胶配制等知识，熟悉主要的操作过程，同时对同工酶有一个感性的认识。

二、原理

1．电泳

带电粒子在电场中向与其自身带相反电荷的电极移动，这种现象称为电泳。近几十年来，电泳作为一项有效的分析、分离和制备技术发展很快，在生产、科研和医疗工作中得到了广泛应用。用电泳技术分离、分析蛋白质、酶、核酸等生物大分子，有较高的分辨率，目前已成为生物科学研究中必不可少的手段之一。

2．影响电泳的主要因素

若将带净电荷q 的粒子放入电场，则该粒子所受到的引力F引可用数学式表示如下：

式中E为电场强度，单位为“v/cm”，表示电场中单位距离上的电位差。

如果这种情况发生在真空中，则带电粒子会朝着电极加速前进并且最后与电极相撞。但在溶液中，由于电场的牵引力F引与加速运动的粒子和溶液之间产生的阻力（即摩擦力）F阻相对抗。故上述现象不会发生。根据Stokes公式，阻力的大小取决于粒子的大小和形状以及所在介质的粘度：

式中F阻是球形粒子所受的阻力，r 是球形粒子的半径，η是溶液的粘度，v 是粒子移动的速度。在溶液中，由电场而产生的加速力被阻力所对抗，因此，

将（3）式整理得：

由此可以看出，粒子移动的速度（v）与电场强度（E）和粒子所带电荷量（q）成正比，而与粒子的大小（r）和溶液的粘度（η）成反比。非球形粒子（如DNA）在电泳过程中会受到更大的阻力，即粒子的移动速度还与粒子形状有关。

既然在一定pH 条件下，每一分子都具有特殊的电荷（种类与数量）、大小和形状，在一定的时间内它在相同的电场中便应集中到特定的位置上而形成紧密的泳动带。这就是带电粒子可以用电泳技术进行分离、分析、鉴定的基本原理。由于带电粒子的泳动速度受电场强度影响，使得同一带电粒子在不同电场里泳动速度不同。为了便于比较，常用迁移率（或称泳动度）代替泳动速度表示粒子的泳动情况。迁移率（泳动度）的定义为“带电粒子在单位电场强度下的泳动速度”，若以m表示迁移率，则

将（4）式代入（5）式，得

由（6）式可以看出，迁移率（泳动度）仅与球形粒子所带电荷的数量，粒子大小及溶液粘度有关，而与电场强度无关。由于氨基酸、蛋白质、酶等的电离度a随溶液pH变化而不同，所以实际上常使用有效迁移率。有效迁移率u为迁移率m和当时条件下电离度a的乘积。