Western Blotting(WB)實驗流程
Western blotting(蛋白質(zhì)印跡)使用抗體從復(fù)雜樣品中識別單個蛋白質(zhì),并進(jìn)行半定量分析。首先,通過SDS-PAGE(聚丙烯酰胺凝膠電泳)將蛋白質(zhì)根據(jù)大小分離。接下來,通過施加電流將蛋白質(zhì)從凝膠轉(zhuǎn)移到膜上。最后,根據(jù)特定的抗原-抗體結(jié)合,可以通過特異性一抗檢測和分析負(fù)載了抗原的印跡膜。
蛋白質(zhì)印跡主要用于目標(biāo)蛋白質(zhì)特異性表達(dá)的定性或半定量分析,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-DNA相互作用的后續(xù)分析,以及蛋白質(zhì)修飾的鑒定分析。

圖1. WB的簡單過程
1. 蛋白質(zhì)樣品準(zhǔn)備
1.1 蛋白質(zhì)樣品來源
蛋白質(zhì)樣品可以是可溶性蛋白質(zhì)液體、細(xì)胞/組織裂解液或免疫沉淀的蛋白質(zhì)。不同樣品的蛋白質(zhì)加載量有所不同,一般來說,純化蛋白質(zhì)的推薦加載量不超過100 ng,細(xì)胞/組織裂解液的加載量可為10-40 μg。
1.2 蛋白質(zhì)樣品準(zhǔn)備
通常情況下,從動物或植物組織或細(xì)胞中提取復(fù)雜的蛋白質(zhì)成分,提取過程中應(yīng)遵循以下原則:
a. 根據(jù)不同蛋白質(zhì)的特性選擇合適的提取方法。
b. 使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ畲笙薅鹊靥崛∧繕?biāo)蛋白質(zhì)。
c. 在低溫下進(jìn)行操作,并添加蛋白酶抑制劑以防止蛋白質(zhì)降解。
d. 選擇適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)裂解液以保持蛋白質(zhì)的溶解性。
e. 將蛋白質(zhì)樣品儲存于-80℃,避免反復(fù)凍融,盡快進(jìn)行檢測。
細(xì)胞培養(yǎng)物的裂解液制備
a. 當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到80%時,將細(xì)胞培養(yǎng)皿放在冰上,并用冰冷的磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌細(xì)胞3次。
b. 準(zhǔn)備含有蛋白酶抑制劑的裂解液。常用的蛋白酶抑制劑如下表(表2)所示。應(yīng)根據(jù)實驗要求選擇合適的蛋白酶抑制劑。最常用的蛋白酶抑制劑是PMSF(工作濃度為1 mM),它具有高毒性,使用時應(yīng)自我保護(hù)。它在水中的半衰期非常短,因此應(yīng)在使用前添加。
c. 向一個10 cm 培養(yǎng)皿中加入含有蛋白酶抑制劑的1 mL蛋白質(zhì)裂解液,輕輕搖晃,并在冰上裂解15-30分鐘。
d. 使用冷的塑料細(xì)胞刮刀將貼壁細(xì)胞從培養(yǎng)皿上刮下,然后輕輕將細(xì)胞懸浮液轉(zhuǎn)移到一個1.5 mL EP管中,將管放在冰上。此時應(yīng)避免產(chǎn)生氣泡。
e. 在4℃下以12000 rpm離心10-15分鐘。
f. 輕輕吸取上清液放入另一個新的離心管中,放在冰上備用。注意不要吸取上層浮在上方的脂質(zhì)等雜質(zhì)。
g. 在蛋白質(zhì)定量后,加入適量的6×樣品加載緩沖液,95℃下煮沸5分鐘,然后以12000 rpm離心30秒,最后在-20℃保存。
樣品準(zhǔn)備注意事項:
所有步驟必須在低溫下進(jìn)行!低溫!低溫!
a. 對于懸浮生長的細(xì)胞,以2500 rpm離心3分鐘進(jìn)行收集,然后進(jìn)行細(xì)胞洗滌和裂解程序。
b. 對于接受藥物處理的細(xì)胞,尤其是與凋亡相關(guān)的研究樣品,還應(yīng)收集培養(yǎng)基上清液。
c. 不建議使用蛋白酶來消化和收集細(xì)胞,因為這可能會引入蛋白質(zhì)雜質(zhì)或?qū)δ承┨囟ǖ鞍踪|(zhì)(特別是膜表面蛋白質(zhì))造成損傷,從而干擾實驗結(jié)果。
d. 裂解液中可能會出現(xiàn)一種黏稠的透明凝膠,這是基因組DNA的成分。進(jìn)行實驗時取上清液。然而,當(dāng)目標(biāo)蛋白質(zhì)緊密結(jié)合于基因組時,需要通過超聲波破碎或注射器吸取的方式破壞凝膠,然后取上清液進(jìn)行后續(xù)實驗,以避免蛋白質(zhì)損失。
e. PMSF在水溶液中不穩(wěn)定,通常在30分鐘內(nèi)降解一半?;钚詥适У乃俣入SpH值的增加而增加,25℃下的失活速率高于4℃。如果樣品處理時間超過1小時,則需要再次添加。
f. 注意細(xì)胞狀態(tài)和細(xì)胞傳代次數(shù)的影響。不同代數(shù)的癌細(xì)胞存在異質(zhì)性,因此細(xì)胞形態(tài)、遷移和侵襲能力可能會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致某些基因表達(dá)的變化。
一方面,由于細(xì)胞本身的一定異質(zhì)性,在一段時間的培養(yǎng)后,細(xì)胞的整體特性逐漸以適者生存的方式發(fā)生變化。
另一方面,在細(xì)胞培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)條件的變化或外部刺激的存在,例如培養(yǎng)試劑的更換、消化和傳代、細(xì)胞污染以及一些化學(xué)和物理刺激,細(xì)胞中相關(guān)基因的表達(dá)可能會受到影響,最終影響實驗結(jié)果。
在使用腫瘤細(xì)胞進(jìn)行實驗時,應(yīng)首先保存,并盡量使用同一代數(shù)的相關(guān)細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)的實驗研究,以避免由于過度傳代而導(dǎo)致的細(xì)胞異質(zhì)性,并最終導(dǎo)致實驗結(jié)果不一致。
組織的裂解液制備
a. 收集新鮮樣品,并用生理鹽水或PBS洗滌,然后切割成適當(dāng)大小的塊狀??梢栽诒鲜褂?-2 mL均質(zhì)器進(jìn)行組織均質(zhì),或者加入液氮進(jìn)行研磨。推薦使用液氮研磨,因為組織塊不容易損壞,并且在均質(zhì)過程中會產(chǎn)生摩擦熱。
b. 準(zhǔn)備含有蛋白酶抑制劑的裂解液。
c. 將含有蛋白酶抑制劑的適量裂解液(50 mg/500 μL)加入研磨的組織樣品中,并將管放在冰上裂解15-30分鐘,同時間歇性混合以充分裂解。
d. 在4℃下以12000 rpm離心10-15分鐘。
e. 小心取出EP管,將上清液吸取到一個新的管中。注意不要吸取上層浮在上方的脂質(zhì)等雜質(zhì),然后放在冰上備用。
f. 在4℃下以12000 rpm離心10-15分鐘。

圖2. 裂解液制備過程
1.3 蛋白裂解物的選擇
對于大多數(shù)樣品,RIPA裂解緩沖液可用于快速細(xì)胞裂解。
表1. RIPA裂解緩沖液的組成
RIPA裂解緩沖液 | |
---|---|
Tris-HCl | 50 mM |
NACI | 150mM |
EDTA | 1 mM |
SDS(W/V) | 0.1% (W/V) |
SDS(W/V) | 0.1% (W/V) |
膽酸鈉1% | 1% (W/V) |
Triton X-100% | 1% (W/V) |
根據(jù)實驗?zāi)康模梢韵騌IPA裂解緩沖液中添加適當(dāng)?shù)牡鞍酌敢种苿?/td> |
蛋白質(zhì)裂解液的主要成分及其作用如下:
具有一定pH范圍的緩沖液可以為蛋白質(zhì)提供穩(wěn)定的環(huán)境,并增加蛋白質(zhì)的溶解性。常用的是Tris-HCl或HEPES緩沖液,pH值在生理pH范圍內(nèi)。 Tris-HCl緩沖液(pKa = 8.1)的pH范圍為7.0-9.2,對溫度敏感。HEPES緩沖液(pKa = 7.55)的pH值范圍為6.5-8.5。
適當(dāng)?shù)柠}離子濃度可以維持蛋白質(zhì)的溶解性。選擇近似生理狀態(tài)下的150 mM NaCl不會影響蛋白質(zhì)的溶解和蛋白質(zhì)之間的相互作用。
螯合金屬離子用于防止蛋白質(zhì)提取物過于黏稠,降低溶解性。此外,螯合劑還可以與某些酶相互作用,抑制酶活性。
添加一定量的還原劑可以保護(hù)蛋白質(zhì)上的游離巰基免受氧化,從而避免蛋白質(zhì)聚集或變性。β-巰基乙醇和二硫蘇糖醇(DTT)是常用的還原劑,后者比前者更強大。通常,β-巰基乙醇具有揮發(fā)性,并且在加入緩沖液后會在短時間內(nèi)被氧化,從而可能影響蛋白質(zhì)的活性,其工作濃度為5-20 mM/L。DTT具有更強的還原能力,在氧化后可以形成穩(wěn)定的分子內(nèi)二硫鍵而不影響蛋白質(zhì)的巰基。其工作濃度為0.5-1 mM/L。基本上,長期儲存建議使用DTT,但DTT溶液不穩(wěn)定,需在制備后立即使用。
表面活性劑是一種界面活性劑,其疏水段插入到膜的磷脂雙層中,改變其滲透性,最終破壞膜結(jié)構(gòu)。因此,表面活性劑的強度直接決定了裂解細(xì)胞的能力。裂解液中使用的表面活性劑主要分為兩類:陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。常用的表面活性劑如下:
SDS:陰離子表面活性劑,具有很強的破壞力,基本上可以溶解所有蛋白質(zhì),并破壞其天然構(gòu)象結(jié)構(gòu)。SDS與蛋白質(zhì)的結(jié)合比例為1.4:1,可以有效覆蓋蛋白質(zhì)本身的電荷。SDS的臨界膠束溫度稍高,因此在低溫下可能出現(xiàn)沉淀,并且在存在鉀鹽的情況下沉淀會更明顯。此外,溶液的離子強度越強,離子性表面活性劑的臨界膠束濃度越低,使蛋白質(zhì)更易溶解。
NaDOC:一種離子性表面活性劑,比SDS弱一些。
Triton X-100:一種非離子表面活性劑。它可以破壞蛋白質(zhì)與脂質(zhì)之間的相互作用,但不會使蛋白質(zhì)變性,也不會破壞蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的連接。它可以保持蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象。它的臨界膠束濃度較低,可以在64℃時觀察到兩相分離現(xiàn)象。
NP-40:一種非離子表面活性劑,對細(xì)胞核膜的破壞較弱,但對蛋白質(zhì)具有較強的結(jié)合能力,可以保證蛋白質(zhì)的溶解度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,因此特別適用于在非變性條件下溶解膜蛋白質(zhì)。
Tween 20:一種溫和的非離子表面活性劑,對蛋白質(zhì)的溶解能力較差,不會破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),不是蛋白質(zhì)裂解液的常見成分。
選擇表面活性劑取決于要提取的蛋白質(zhì)的性質(zhì)和實驗?zāi)康?。選擇表面活性劑時需要考慮許多因素,包括充分裂解細(xì)胞和溶解蛋白質(zhì),以及提取蛋白質(zhì)的狀態(tài)(變性或保持天然狀態(tài))。
在蛋白質(zhì)提取過程中,細(xì)胞和組織的破壞會釋放大量的蛋白酶。為了抑制蛋白酶活性,樣品必須保持在低溫下,并加入適量的蛋白酶抑制劑以防止目標(biāo)蛋白質(zhì)的降解。
表2. 常用的蛋白酶抑制劑
蛋白酶抑制劑 | 功能 | 作用濃度 | 特性 |
---|---|---|---|
PMSF | 絲氨酸蛋白酶抑制劑 半胱氨酸蛋白酶抑制劑 |
0.5-1 mM | MSF在水中的半衰期很短,需要在使用前不久添加。劇毒,實驗操作時應(yīng)注意自我保護(hù) |
APMSF | 絲氨酸蛋白酶抑制劑 | 0.4-4 mM | - |
Pepstatin | 天冬氨酸蛋白酶抑制劑 | 1 μM | -4℃保存1周,-20℃保存1個月;避免重復(fù)凍融循環(huán)。 |
Leupeptin | 絲氨酸蛋白酶抑制劑和半胱氨酸蛋白酶抑制劑 | 10-100 μM | -4℃保存1周,-20℃保存1個月;避免重復(fù)凍融循環(huán)。 |
Aprotinin | 絲氨酸蛋白酶抑制劑 | 0.01-0.03 μM | -4℃保存1周,-20℃保存1個月;避免重復(fù)凍融循環(huán)。 |
Na3VO4 | 磷酸酶抑制劑 | 1 mM | 需要被激活。溶解后加酸調(diào)節(jié)pH至10,加熱煮沸至無色,室溫冷卻,再調(diào)節(jié)pH至10。重復(fù)上述步驟,直到溶液保持無色,pH穩(wěn)定在10,等分并保存在-20°C。 |
NaF | 磷酸酶抑制劑 | 10-20 mM | - |
2. 蛋白質(zhì)定量
為了定量樣品中感興趣的蛋白質(zhì),需要確定樣品中總蛋白質(zhì)的含量。當(dāng)總蛋白質(zhì)的含量保持恒定時,目標(biāo)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平的差異就會體現(xiàn)出來。
表3. 常用的化學(xué)定量方法
方法 | 原理 | 干擾因素 | 特性 |
---|---|---|---|
布拉德福定量法 | 在酸性條件下,蛋白質(zhì)與G-250的結(jié)合使染料的最大吸收波長發(fā)生偏移。在一定范圍內(nèi),蛋白質(zhì)含量與595 nm吸收峰呈線性關(guān)系。 | 該試驗受到強堿性緩沖液和高濃度洗滌劑的干擾 | 快速、高靈敏度,最低檢出限為1μg。該蛋白-染料配合物消光系數(shù)高,顏色穩(wěn)定。該分析主要用于堿性或芳香氨基酸的檢測,因為它對蛋白質(zhì)有很高的選擇性。 |
定量試劑盒 | 在堿性條件下,蛋白質(zhì)將Cu2+還原為Cu+, Cu+與BCA反應(yīng)形成紫色絡(luò)合物。該配合物在562 nm處的吸光度與蛋白質(zhì)濃度成線性關(guān)系。 | 該方法適用于高脂含量樣品的檢測,并能耐受一定濃度的洗滌劑。 | 快速靈敏,抗干擾能力強,檢出限可達(dá)0.5 μg。與Bradford試驗相比,蛋白質(zhì)之間的差異較小 |
勞里測定法 | 在堿性條件下,Cu2+與蛋白質(zhì)中的肽鍵反應(yīng)形成絡(luò)合物,使Folin-Ciocalteu試劑還原,生成藍(lán)色絡(luò)合物。顏色的深淺和蛋白質(zhì)濃度之間存在線性關(guān)系。 | - | 標(biāo)準(zhǔn)曲線不是一條直線,不同蛋白質(zhì)的顏色深淺不同,檢測時間較長。 |
紫外-可見分光光度法(UV - Vis或UV/Vis) | 根據(jù)蛋白質(zhì)的物理性質(zhì)和朗伯-比爾定律,在給定波長處的吸光度與蛋白質(zhì)濃度成線性關(guān)系。 | 該試驗受不同蛋白質(zhì)中色氨酸和酪氨酸水平的干擾。 |
2.1 用Bradford方法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線
a. 準(zhǔn)備牛血清白蛋白(BSA)標(biāo)準(zhǔn)品:
將0.05克BSA溶解在5毫升PBS中,得到10毫克/毫升的BSA標(biāo)準(zhǔn)品。
b. 準(zhǔn)備庫馬司亮藍(lán)G-250染色液:
將50毫克庫馬司亮藍(lán)G-250溶解在25毫升90%乙醇中,加入50毫升磷酸(85%),用純水稀釋至500毫升。避光保存。
c. 稀釋蛋白樣品:
對蛋白樣品進(jìn)行1:10、1:20和1:40的稀釋。
d. 將BSA標(biāo)準(zhǔn)品稀釋至以下濃度。
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
濃度(mg/mL) | 0 | 0.05 | 0.075 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
e. 將稀釋后的BSA標(biāo)準(zhǔn)溶液和蛋白樣品各加入微孔板條的孔中,每孔加入20 μL,然后加入180 μL G250染色溶液,并充分混合。
f. 使用分光光度計在595 nm波長下測量吸光度,并制作標(biāo)準(zhǔn)曲線以計算蛋白質(zhì)濃度。
2.2 BCA法(請參考相應(yīng)試劑盒的說明)
a. 準(zhǔn)備牛血清白蛋白(BSA)標(biāo)準(zhǔn)品:
a. 將BCA試劑A與試劑B按50:1(體積比)的比例混合制備BCA工作試劑,并在室溫下孵育24小時。
b. 將標(biāo)準(zhǔn)品溶解至與樣品使用的相同溶劑相同濃度的0.5 mg/L。
c. 逐漸加入梯度體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液(0 μL,1 μL,2 μL,4 μL,8 μL,12 μL,16 μL,20 μL)到微孔板孔中,并向每個孔中加入標(biāo)準(zhǔn)稀釋液,使最終體積為20 μL。
d. 向每個孔中加入200 μL BCA工作試劑,并在37℃下孵育30分鐘。
e. 使用分光光度計在562 nm波長下測量吸光度。
f. 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算蛋白質(zhì)濃度。
3. 蛋白樣品制備
蛋白質(zhì)的變性涉及破壞蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)并暴露抗原表位,有助于抗體與目標(biāo)蛋白質(zhì)的結(jié)合和后續(xù)檢測。為了變性蛋白質(zhì),將蛋白樣品與2倍的樣品加載緩沖液按體積比1:1或6倍的樣品加載緩沖液按體積比5:1混合,將混合溶液在95℃下煮沸5分鐘。
膜蛋白在高溫下往往會聚集和沉淀,應(yīng)在37℃下處理30分鐘。
表4. 加載緩沖器組件
6×樣品上樣緩沖液 | |
---|---|
Tris-HCl (pH 6.8) | 6% (V×/V) |
SDS | 4% (W/V) |
Bromophenol blue | 0.2% (W/V) |
Glycerol | 20% (V/V) |
DTT | 9% (V/V) |
注:蛋白質(zhì)樣品的上樣量為每孔10-40 μg。過量的蛋白質(zhì)會導(dǎo)致皮膚發(fā)黑。 |
4. SDS-PAGE
4.1 SDS-PAGE凝膠
聚丙烯酰胺凝膠是由丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺的聚合形成的,這導(dǎo)致形成具有分子篩性質(zhì)的凝膠結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。蛋白質(zhì)被大量帶有負(fù)電荷的SDS膠束包裹,覆蓋了蛋白質(zhì)本身的電荷,并為蛋白質(zhì)提供了均勻的電荷質(zhì)量比。SDS-PAGE的分辨率與丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑的濃度相關(guān)。不同濃度交聯(lián)劑形成的分子篩具有不同的孔徑,根據(jù)分子量可以提供各種不同的分離條件(詳見下文)。
表5. 凝膠百分比和相應(yīng)的蛋白質(zhì)大小
接枝率 | 蛋白質(zhì)大小(kDa) |
---|---|
8% | 70-200 |
10% | 25-70 |
12% | 20-55 |
15% | 15-45 |

表6. 丙烯酰胺凝膠的組成與功能
成分 | 功能 |
---|---|
丙烯酰胺 | 丙烯酰胺單體可以聚合形成聚丙烯酰胺凝膠。 |
N,N-Methylenebisacrylamide | 誘導(dǎo)長聚合物鏈之間的交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)。 |
Tris-HCl Buffer | 保持pH穩(wěn)定。 |
APS | 促進(jìn)交聯(lián)并提供自由基,促進(jìn)丙烯酰胺和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的聚合。 |
TEMED | 催化自由基的形成,加速聚合。 |
4.2 電泳緩沖液制備
常規(guī)的SDS-PAGE是一種用于分離分子量在30 kDa到250 kDa之間的蛋白質(zhì)的強大工具。根據(jù)蛋白質(zhì)的分子量選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x凝膠濃度(見表5)。
表7. 電泳緩沖液(1L)組分
試劑 | 質(zhì)量 (g) |
---|---|
甘氨酸 | 14.4 |
三羥甲基氨基甲烷 | 3 |
三羥甲基氨基甲烷 | 1 |
加入ddH2O,充分混合,pH值8.3。 |
在甘氨酸-三氨基甲烷凝膠電泳系統(tǒng)中,使用恒定功率,將濃縮凝膠以60-80 V運行,分離凝膠以100-120 V運行。電壓越低,運行速度越慢,可以獲得更好的分離效果。
然而,常規(guī)的甘氨酸-三氨基甲烷凝膠系統(tǒng)對于分離分子量較小(<30 kDa)的小分子蛋白質(zhì)的分辨率不高。三甘氨酸的電子遷移率和解離常數(shù)優(yōu)于甘氨酸,這在濃縮凝膠中為小分子蛋白質(zhì)提供了更好的濃縮效應(yīng),在分離凝膠中獲得更高的分辨率。
表8. 推薦的電泳緩沖液用于小分子蛋白質(zhì)
試劑 | 質(zhì)量(g) | 注釋 | |
---|---|---|---|
陽極緩沖(1L緩沖系統(tǒng)) | Tris | 24.228 | 將Tris溶于ddH2O中,充分混合,調(diào)整pH至8.9。 |
陰極緩沖器(1L緩沖系統(tǒng)) | Tricine | 17.92 | 將試劑溶解在ddH2O中,充分混合。 |
Tris | 12.114 | ||
SDS | 1 |
我們建議在三甘氨酸-三氨基甲烷凝膠中以恒定電壓(60-100 V)進(jìn)行電泳。
4.3 蛋白質(zhì)標(biāo)記物和負(fù)載對照
根據(jù)實驗要求,使用適當(dāng)?shù)膶φ辗浅V匾?/p>
分子量指示劑:覆蓋適當(dāng)范圍分子量的蛋白質(zhì)標(biāo)記物可以指示蛋白質(zhì)的分子量,并在一定程度上反映電泳效果和膜轉(zhuǎn)移效率。根據(jù)不同特點,常用的標(biāo)記物大致可分為三類:未染色標(biāo)記物、預(yù)染色標(biāo)記物和顯影標(biāo)記物。
表9. 不同蛋白標(biāo)記物的比較
蛋白標(biāo)記物 | 優(yōu)點 | 缺點 |
---|---|---|
未染色標(biāo)記 | 無染色標(biāo)記物是最準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)標(biāo)記物,它不攜帶染色分子或標(biāo)記分子,能準(zhǔn)確測定蛋白質(zhì)大小。 | 電泳過程中看不到未染色的標(biāo)記物,電泳和轉(zhuǎn)移過程無法實時監(jiān)控。它必須被弄臟才能被看見。; |
預(yù)染色標(biāo)記物 | 預(yù)染色標(biāo)記物是蛋白質(zhì)與染料共價偶聯(lián)的混合物,在實驗過程中可以用肉眼直接觀察到,并在電泳和轉(zhuǎn)移過程中作為參考。 | 由于染料偶聯(lián),改變了電泳染色后蛋白質(zhì)分子的遷移效率,導(dǎo)致指示分子量的偏移,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)上漿不準(zhǔn)確。 最終結(jié)果需要在標(biāo)記和目標(biāo)波段之間進(jìn)行比較,在此過程中可能會出現(xiàn)人為錯誤。 |
暴露標(biāo)記 | 靶帶和標(biāo)記帶可以同時暴露,以減少錯誤和蛋白質(zhì)的流動性。 | 高成本 |
這解釋了為什么在免疫印跡中觀察到的帶狀大小與預(yù)測的大小不同。為了盡量減少預(yù)染色標(biāo)記物引起的分子量偏移的影響,可以將其與未染色標(biāo)記物進(jìn)行對比,以確定目標(biāo)帶的準(zhǔn)確分子量大?。ㄏ聢D左側(cè)顯示了預(yù)染色標(biāo)記物和未染色標(biāo)記物之間的差異)。此外,不同廠家的蛋白質(zhì)標(biāo)記物差異很大,客戶在選擇蛋白質(zhì)標(biāo)記物時應(yīng)謹(jǐn)慎(下圖右側(cè)顯示了不同廠家的預(yù)染色標(biāo)記物之間的差異)。在確定免疫印跡結(jié)果中的蛋白質(zhì)時,應(yīng)考慮到預(yù)染色標(biāo)記物引起的分子量偏移。

染色maker和未染色marker

來自不同制造商的染色標(biāo)記
陽性對照:可以使用表達(dá)感興趣蛋白質(zhì)的細(xì)胞系組織或細(xì)胞裂解液作為陽性對照。
負(fù)載對照:在各種組織和細(xì)胞中,由 housekeeping 基因編碼的蛋白質(zhì)水平相對恒定,這種蛋白質(zhì)可以在定量感興趣蛋白質(zhì)時作為負(fù)載對照,以確保每條凝膠槽中加載相同數(shù)量的蛋白質(zhì)。此外,負(fù)載對照蛋白質(zhì)還可用于評估實驗是否運行成功。

圖3. 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)
常見的內(nèi)部參考基因(housekeeping gene):根據(jù)實驗的目的,在研究不同蛋白質(zhì)時選擇正確的負(fù)載對照蛋白質(zhì)非常重要。
選擇負(fù)載對照蛋白質(zhì)時應(yīng)考慮以下因素:
表10. 基因在細(xì)胞的不同位置
Nuclear | Nuclear membrane | Cytoplasm | Cellular membrane | Mitochondrion | Membrane | |
---|---|---|---|---|---|---|
動物組織/細(xì)胞 | 組蛋白H3 (17 kDa), PCNA (29 kDa)) | Lamin B (66 kDa) | β-actin (43 kDa), GAPDH (36 kDa), Tubulin (5 kDa) | Na+/K+-ATP ase (120 kDa) | CoX IV(17 kDa), VDAC1 (30 kDa) | ATP1A1 (113 kDa) |
a. 某些常規(guī)基因的表達(dá)水平可能會受到某些實驗條件的影響,如外界刺激或藥物處理。在選擇負(fù)載對照蛋白質(zhì)時,重要的是參考相關(guān)文獻(xiàn)并驗證其在樣本中的表達(dá)是否恒定,且不受某些實驗條件的影響。
b. 感興趣蛋白質(zhì)的分子量應(yīng)與負(fù)載對照蛋白質(zhì)的分子量有所區(qū)別,以便進(jìn)行清晰的檢測和區(qū)分。如果負(fù)載對照蛋白質(zhì)與感興趣蛋白質(zhì)具有相似的分子量,在可視化感興趣蛋白質(zhì)的帶狀條之后,使用主/次抗體去除液洗去抗體,然后再進(jìn)行負(fù)載對照抗體的孵育和負(fù)載對照蛋白質(zhì)的可視化。
4.4 凝膠電泳
a. 快速離心樣品以去除雜質(zhì),建議將10-30 μg總蛋白質(zhì)加載到凝膠槽中。純化蛋白質(zhì)的推薦負(fù)載量為10-100 ng。根據(jù)結(jié)果需要調(diào)整負(fù)載量。
b. 在一個槽中加入分子量標(biāo)記物以指示感興趣蛋白質(zhì)。
c. 使用恒定電壓進(jìn)行電泳(電壓設(shè)定為120 V或更低)。為了獲得更好的實驗結(jié)果,在全蛋白質(zhì)在濃縮凝膠中遷移時,建議使用80 V。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)遷移到分離凝膠時,應(yīng)提高電壓。
d. 通常的電泳時間約為1.2小時。然而,分子量小于20 kDa的蛋白質(zhì)應(yīng)根據(jù)感興趣的蛋白質(zhì)縮短電泳時間。而大于100 kDa的蛋白質(zhì),應(yīng)延長電泳時間以獲得更好的蛋白質(zhì)分離效果。
5. 轉(zhuǎn)印
5.1 轉(zhuǎn)印方法
將分離的蛋白質(zhì)從凝膠轉(zhuǎn)移到固相介質(zhì),通常使用濕式轉(zhuǎn)印和半干式轉(zhuǎn)印方法。這兩種轉(zhuǎn)印方法在原理上是相同的,只是施加電場的機械裝置和固定凝膠和膜的方法不同,半干式轉(zhuǎn)印使用浸潤有緩沖溶液的多層濾紙。
表11. 轉(zhuǎn)移方式類型的比較
方法 | 方法 | 缺點 |
---|---|---|
槽式轉(zhuǎn)印 | 膜轉(zhuǎn)印效果好,轉(zhuǎn)印時溫度可控。 | 需要較長的時間,并且需要大量的傳輸緩沖區(qū)。 |
半干式轉(zhuǎn)印 | 膜傳輸效率高,時間短,傳輸緩沖液消耗少。 | 在膜轉(zhuǎn)移過程中,溫度無法控制,最終導(dǎo)致高本底溫度。 |
在轉(zhuǎn)印膜時,高電流下裝置在短時間內(nèi)會迅速產(chǎn)生熱量。因此,在轉(zhuǎn)印膜時需要采取措施保持低溫條件。在槽式轉(zhuǎn)印中,可以用冰水浸泡裝置進(jìn)行散熱,而在半干式轉(zhuǎn)印中,不適宜進(jìn)行長時間的電流通,因此我們建議在高分子量蛋白質(zhì)(100 kDa以上)的情況下使用槽式轉(zhuǎn)印。
對于低分子量和中分子量蛋白質(zhì),半干式轉(zhuǎn)印和槽式轉(zhuǎn)印的效果幾乎相同。
5.2 膜的選擇
硝酸纖維素(NC)和聚偏氟乙烯(PVDF)是最常用的轉(zhuǎn)印膜。
表12. NC膜與PVDF膜的比較
NC膜 | PVDF膜 | |
---|---|---|
蛋白結(jié)合量 | 80-100 μg/cm2 | 100-300 μg/cm2 |
結(jié)合強度 | 低 | 高 |
物理特性 | 易碎 | 耐用且有彈性 |
是否需要激活 | 無需激活 | 酒精激活 |
膜的結(jié)合能力主要與其純度有關(guān),純度越高,蛋白質(zhì)的結(jié)合能力就越強。然而,高純度的硝酸纖維素膜易碎且容易破裂。與硝酸纖維素膜相比,聚偏氟乙烯(PVDF)膜不僅具有更強的蛋白質(zhì)結(jié)合能力,還具有更好的化學(xué)抗性。
請注意,在使用聚偏氟乙烯膜之前,應(yīng)用甲醇浸泡(>15秒)激活膜上的正電荷基團(tuán),并在膜緩沖液中平衡一段時間。此外,PVDF膜和硝酸纖維素膜具有不同的孔徑。
對于小分子蛋白質(zhì)(<20 kDa),我們建議采用0.22 μm的孔徑膜,以避免超過轉(zhuǎn)移的限制。
對于大多數(shù)情況,建議使用0.45 μm的孔徑膜。
5.3 蛋白質(zhì)分離和膜轉(zhuǎn)印條件優(yōu)化
● 關(guān)于小分子蛋白質(zhì)的膜轉(zhuǎn)印,我們可以基于以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化:
a. 增加交聯(lián)劑的濃度,并使用15%丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳。然而,針對15 kDa以下的蛋白質(zhì),15%丙烯酰胺凝膠的分辨率較低,因此我們建議在堆積凝膠和分離凝膠之間添加10%的中間層凝膠,以增加小分子蛋白質(zhì)的分辨率。
b. 將Tris-Glycine緩沖系統(tǒng)替換為Tris-Tricine電泳系統(tǒng),以獲得更好的濃縮和分離效果。請注意,在使用Tris-Tricine時,電壓應(yīng)適中,60 V-80 V為宜。
c. 選擇0.22 μm的孔徑膜。
d. 縮短膜轉(zhuǎn)印時間。
● 關(guān)于大分子蛋白質(zhì)的膜轉(zhuǎn)印,我們可以基于以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化:
a. 降低交聯(lián)劑的濃度,使用8%-5%丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳。請注意,凝膠濃度越低,膜越脆弱,請在操作時小心處理。
b. 在轉(zhuǎn)印過程中,適當(dāng)提高電流,延長膜轉(zhuǎn)印時間,避免產(chǎn)生熱量。建議在4℃溫度下進(jìn)行長時間(過夜)的槽式轉(zhuǎn)印。
c. 減少轉(zhuǎn)印緩沖液中的甲醇含量有助于將SDS分子與蛋白質(zhì)分離。高濃度甲醇固定蛋白質(zhì)對大分子蛋白質(zhì)不利,建議將甲醇濃度降低到10%。
5.4 轉(zhuǎn)印效率監(jiān)測
a. 預(yù)染標(biāo)記物的轉(zhuǎn)印結(jié)果反映了蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)印效率。
b. 使用朋酮染色劑染色,從染色的帶狀條判斷轉(zhuǎn)印是否成功。這個過程是可逆的,但不適用于尼龍膜。
朋酮染色溶液制備:將5%(體積/體積)乙酸,0.1%(質(zhì)量/體積)朋酮溶解在純水中,存放在4℃。
朋酮染色過程:
- 將轉(zhuǎn)印后的PVDF或NC膜浸泡在朋酮染色溶液中,搖擺5-10分鐘。
- 取出膜,用PBS洗滌3次×5分鐘。
- 觀察染色的紅色條帶并記錄轉(zhuǎn)印結(jié)果。
- 再次用PBS洗滌3次×5分鐘以去除結(jié)合的朋酮,以便進(jìn)行進(jìn)一步的Western blot分析。
c. 使用柯曼藍(lán)染色溶液染色,這個過程是不可逆的,但柯曼藍(lán)染色溶液的靈敏度高于朋酮染色溶液。
柯曼藍(lán)染色溶液制備:加入10%(體積/體積)冰醋酸、45%(體積/體積)甲醇、0.25%(質(zhì)量/體積)柯曼藍(lán),純水混合均勻。
柯曼藍(lán)染色去染溶液制備:加入25%(體積/體積)甲醇、8%(體積/體積)冰醋酸,純水混合均勻。
柯曼藍(lán)染色過程:
- 將轉(zhuǎn)印后的PVDF和NC膜浸泡在柯曼藍(lán)染色溶液中,用搖床在室溫下緩慢搖動1小時(根據(jù)凝膠的尺寸、厚度和溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整),直到凝膠變藍(lán)。
- 倒掉染色溶液,將凝膠浸泡在去染溶液中,在室溫下用搖床緩慢搖動4小時,直到藍(lán)色背景去染,蛋白質(zhì)條帶可見。
5.5 轉(zhuǎn)印緩沖液的制備
制備1L轉(zhuǎn)印緩沖液如下:
表13. 1L傳輸緩沖器的組件
試劑 | 質(zhì)量(g) |
---|---|
Glycine | 11.26 |
Tris | 2.43 |
Methanol | 200 mL |
*加入ddH2O,充分溶解 |
轉(zhuǎn)印緩沖液需要避光儲存,可以重復(fù)使用。
然而,由于甲醇具有揮發(fā)性,需要及時更換新鮮的轉(zhuǎn)印緩沖液。
5.6 轉(zhuǎn)印
a. 小心分離分離凝膠。
b. 使用濾紙-凝膠-濾紙制作“三明治”,保持“三明治”濕潤并避免氣泡。制備“三明治”的步驟如下:

c. 根據(jù)制造商的說明書組裝轉(zhuǎn)印裝置。將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素或PVDF膜上。對于分子量低于20 kDa的蛋白質(zhì),推薦使用0.22 μm的膜。
d. 根據(jù)實際情況,通常有兩種選擇的轉(zhuǎn)印裝置,濕式轉(zhuǎn)印和半干式轉(zhuǎn)印。濕式轉(zhuǎn)印和半干式轉(zhuǎn)印對于常規(guī)大小的蛋白質(zhì)(20-100 kDa)都可以很好地工作,但由于半干式轉(zhuǎn)印可能產(chǎn)生更高的背景染色,濕式轉(zhuǎn)印更適用于高分子量蛋白質(zhì)。
e. 用PBS緩沖液沖洗印跡約5分鐘。
6. 阻斷
使用阻斷緩沖液在室溫下阻斷膜1小時。
選擇阻斷緩沖液
結(jié)合表面不平整,有許多小孔。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)被轉(zhuǎn)移到結(jié)合表面時,通過相互作用吸附到結(jié)合表面。然而,并不是所有的位點都被蛋白質(zhì)吸附,因此需要阻斷緩沖液吸附到剩余的結(jié)合位點,以防止抗體分子直接吸附到膜上導(dǎo)致偽陽性或高背景結(jié)果。
選擇阻斷緩沖液的原則應(yīng)該是:
a. 阻斷緩沖液能夠阻斷結(jié)合膜上所有未結(jié)合的位點。
b. 阻斷緩沖液不干擾目標(biāo)蛋白質(zhì)的結(jié)合。它不與目標(biāo)蛋白質(zhì)的表位結(jié)合,也不與其他試劑發(fā)生交叉反應(yīng)。
以下是常用阻斷緩沖液的具體細(xì)節(jié):
表14. 各種阻塞緩沖區(qū)的比較
阻斷緩沖液 | 優(yōu)點 | 缺點 |
---|---|---|
5%脫脂奶粉 | 該成分復(fù)雜,含有許多不同分子量的蛋白質(zhì),具有充分的阻斷作用。 | 不適合生物素-親和素和堿性磷酸酶檢測系統(tǒng)(由于脫脂奶粉中存在少量生物素和堿性磷酸酶殘留) |
1% 酪蛋白 | 它在中性和堿性條件下帶負(fù)電荷,并與帶正電荷的膜相互作用。 | 溶解度相對較差,不利于堵塞。 |
5% BSA | 該組件很簡單,它與大多數(shù)情況兼容。 | 當(dāng)免疫原與BSA偶聯(lián)時,由于其具有一定的免疫原性,可能與抗體中殘留的BSA發(fā)生交叉反應(yīng),產(chǎn)生一定的背景。 |
血清 | 不僅可以阻斷非特異性結(jié)合,血清中的抗體還可以阻斷樣品中可能存在的FC受體,以避免一抗和二抗對FC受體發(fā)生反應(yīng)。 | 成本相對較高。 |
非蛋白質(zhì)化合物 | 明膠、吐溫-20等可減少蛋白質(zhì)間的疏水相互作用,洗脫非特異性吸附,提高抗體的特異性識別能力。 |
不同阻塞緩沖區(qū)的對比實驗如下:

圖4. 不同阻塞緩沖區(qū)的比較
7. 一抗孵育
按照產(chǎn)品說明書稀釋一抗,通常一抗稀釋緩沖液的成分與阻斷緩沖液相同。此外,我們建議選擇經(jīng)過驗證的一抗,并將一抗在4℃下孵育過夜,以確??乖涂贵w充分結(jié)合。
我們建議進(jìn)行梯度初步實驗來確定一抗的最佳稀釋比例,例如點印法。
a. 依次將不同加載量的樣品加載到NC膜上,自然風(fēng)干。
b. 樣品完全吸附后,阻斷膜。
c. 根據(jù)加載梯度切割膜。
d. 分別使用不同濃度梯度的一抗和二抗孵育。
e. 最后,采用ECL發(fā)光底物孵育和顯影,根據(jù)顯影結(jié)果初步確定稀釋比例范圍。

圖5. Dot Blot
8. 二抗孵育
8.1 實驗操作
a. 在二抗孵育前,用PBST/TBST洗滌膜3次,每次10分鐘,以去除未結(jié)合的一抗。
b. 適當(dāng)稀釋二抗,在室溫下孵育1小時。
c. 二抗孵育結(jié)束后,用PBST/TBST洗滌膜3次,每次10分鐘,以去除未結(jié)合的二抗。
8.2 二抗選擇
● 物種來源
我們不建議選擇兔、大鼠或小鼠物種的二抗,因為它們與人類物種的同源性較高,容易發(fā)生交叉反應(yīng),從而導(dǎo)致高背景。常用的二抗物種來源是山羊或驢,但請注意,所選二抗的物種來源必須與所選一抗的物種來源不同,二抗的物種來源選擇取決于一抗的物種。
此外,如果使用的是單克隆一抗,則還需要注意亞型,并選擇針對一抗亞型的二抗。
● 純化方法
主要的純化方法有蛋白G/A純化和抗原親和純化。
蛋白G/A純化方法結(jié)合了血清中所有抗體IgG分子,沒有抗原特異性區(qū)分。
親和純化是一種通過與抗體特異識別的配體或受體結(jié)合來洗脫的方法。通過這種方法可以純化血清中的特定抗體成分。因此,具有抗原親和純化方法的二抗會降低非特異性結(jié)合并提高檢測蛋白的特異性。
● 適合的共軛
在Western Blot驗證中,最常用的二抗共軛是辣根過氧化物酶(HRP)共軛,如辣根過氧化物酶(HRP)和堿性磷酸酶(AP)。
常用作底物的HRP具有高特異性、穩(wěn)定、快速和經(jīng)濟的特點。雖然AP更為敏感,但背景通常較高,并且可能存在于實驗樣品中的內(nèi)源性磷酸酶可能對結(jié)果產(chǎn)生干擾。
此外,如果使用AP共軛的二抗,請注意選擇合適的阻斷緩沖液,以避免磷酸酶的干擾。

圖6. 稀釋范圍根據(jù)不同制造商的說明
9. 圖像顯現(xiàn)
● 化學(xué)發(fā)光顯現(xiàn)
Luminol是最經(jīng)典的辣根過氧化物酶(HRP)化學(xué)發(fā)光底物之一,在H2O2存在下與辣根過氧化物酶發(fā)生酶催化反應(yīng),具有高靈敏度和良好的成像特性,可以在膠片上顯現(xiàn)。
● 底物顯現(xiàn)
有許多種HRP染色底物,最常用的是DAB。它通過與HRP反應(yīng)形成不溶性棕色沉淀物來顯現(xiàn),同時具有高靈敏度。
然而,它需要在點滴上使用,并且具有致癌性,請在操作時注意安全。
● 熒光顯現(xiàn)
通過使用適當(dāng)?shù)臒晒舛?,可以實現(xiàn)熒光二抗顯現(xiàn),彌補了化學(xué)發(fā)光和底物顯現(xiàn)在定量上的不足。
10. 常見問題
10.1 背景高
可能原因 | 解決方案 |
---|---|
阻塞緩沖區(qū)不足或不適當(dāng) | 優(yōu)化阻塞效果,選擇正確的阻塞緩沖區(qū) |
抗體孵育濃度過高、孵育時間過長或溫度過高 | 調(diào)整抗體孵育濃度和孵育時間 |
清洗不足 | 增加洗滌次數(shù),延長洗滌時間 |
二抗非特異性結(jié)合 | 設(shè)置二抗的控制項,選擇合適的二抗 |
膜干燥 | 操作時保持膜濕潤 |
膜被污染 | 操作時保持膜的清潔,不要用手按壓 |
過量的化學(xué)發(fā)光底物殘留物 | 瀝干多余的化學(xué)發(fā)光液體,然后顯影 |
膠片曝光時間太長 | 多次檢查以確定最佳曝光時間 |
10.2 無目標(biāo)波段
可能原因 | 解決方案 |
---|---|
樣品中的靶蛋白豐度較低,或根本不表達(dá) | 再次確認(rèn)檢測樣品的可行性,在檢測前富集目標(biāo)蛋白的豐度。 |
提取過程中蛋白質(zhì)的降解 | 在蛋白提取過程中,低溫保存蛋白,加入蛋白酶抑制劑 |
蛋白質(zhì)樣品的儲存條件不正確,導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解。 | 建議將蛋白質(zhì)樣品用SDS熱變性后保存。有價值的樣品建議保存在-80℃。 |
蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移效率低 | 采用Ponceau確認(rèn)傳輸系統(tǒng)是否正常。 |
抗體孵育濃度過低,或孵育時間過短 | 優(yōu)化抗體孵育量,一抗推薦4℃孵育過夜 |
一抗和二抗不相容 | 選擇正確的一抗和二抗 |
抗體滅活了 | 妥善儲存抗體 |
顯影液可能過期了 | 使用新鮮的顯影液,并防止光線照射。 |
10.3 觀測波段大小與預(yù)測波段大小不匹配
可能原因 | 解決方案 |
---|---|
標(biāo)記器顯示的尺寸有偏差 | 選擇合適的預(yù)漬標(biāo)記,觀察與未預(yù)漬標(biāo)記的區(qū)別 |
電泳系統(tǒng)的影響 | 為避免邊緣孔的不穩(wěn)定因素,將樣品裝入中間孔,并在邊緣孔電泳平衡系統(tǒng)中加入等量的上樣緩沖液。 |
翻譯后修飾 | 通過查閱文獻(xiàn)來確認(rèn)蛋白質(zhì)是磷酸化還是糖基化,等等。 |
翻譯后剪切和異構(gòu)體。 | 查閱文獻(xiàn),看看這種蛋白質(zhì)是否有多種剪接活性形式。 |
蛋白質(zhì)聚合物的形成 | 在樣品制備過程中,使用新鮮的DTT或β-巰基乙醇保持蛋白質(zhì)單體狀態(tài)。 |
蛋白質(zhì)電荷的相對變化 | 蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同,部分蛋白質(zhì)的電荷沒有完全被帶負(fù)電荷的SDS覆蓋,導(dǎo)致蛋白質(zhì)遷移速率與蛋白質(zhì)大小不成正比。 |
10.4 其他問題
可能原因 | 解決方案 |
---|---|
膜上可見反射或黃色帶 | 一抗或二抗?jié)舛冗^高,或上樣量過多,導(dǎo)致酶被瞬間消耗 |
白色空白點 | 跨膜夾層中有氣泡殘留,或抗體孵育不均勻,應(yīng)振蕩孵育。 |
背景上的黑點 | 阻斷緩沖殘留物的顆粒,使用前請充分?jǐn)嚢枞芙?/td> |
“微笑”條帶 | 遷移速度過快,運行凝膠時降低電壓。 凝膠凝固不均勻,應(yīng)正確配制。 |
“皺眉”帶 | 電泳時,襯底可能聚集大量氣泡,容易導(dǎo)致電壓不平衡,最終形成“皺眉”帶 。 |
涂抹帶 | 樣品中含有不溶物,建議離心或優(yōu)化蛋白質(zhì)提取。 樣品超載,請減少每條通道的蛋白質(zhì)負(fù)荷。 凝膠的濃度不合適,蛋白質(zhì)的分辨率低。我們建議調(diào)整交聯(lián)劑的比例。 電泳緩沖液可能重復(fù)使用,請更換新鮮的電泳緩沖液。 |
畸變帶 | 凝膠表面不均勻或制備不均勻。 樣品中鹽離子濃度過高,影響了電泳。 電壓過高,導(dǎo)致遷移快。 |