蛋白质印迹法(免疫印迹试验)基本原理, Western blot工作原理

蛋白质印迹法(免疫印迹试验)基本原理, Western blot工作原理

 

蛋白质印迹(也称为蛋白质免疫印迹,因为抗体用于特异性检测其抗原)是一种广泛接受的分析技术,用于检测给定样品中的特定蛋白质。它使用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离给定样品中包含的各种蛋白质(例如通过3-D结构分离天然蛋白质或通过多肽的长度分离变性蛋白质)。然后将分离的蛋白质转移或印迹到基质(通常是硝酸纤维素膜或PVDF膜)上,其中它们用对靶蛋白特异的抗体(用作探针)染色。通过分析特定反应的位置和强度,可以获得给定细胞或组织匀浆中靶蛋白的表达细节。由于凝胶电泳的高分辨率和免疫测定的高特异性和高灵敏度,蛋白质印迹可以检测低至1ng的靶蛋白。该方法用于分子生物学,生物化学,免疫遗传学和其他分子生物学领域。


1.
原则

蛋白质印迹通常涉及两个主要过程,即SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白质印迹和测试。

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)

  1. 电泳分离描述了带电粒子在电场的影响下向相对电极移动的现象。它用于根据蛋白质的电泳迁移率分离蛋白质,这取决于蛋白质的电荷,分子大小和结构。聚丙烯酰胺凝胶(PAG)是一种三维网状网络聚合物,由丙烯酰胺和交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)在过硫酸铵的催化下组成。PAG是一种多功能支撑基质,具有稳定的亲水性,并且具有中性电荷性质,具有很少的吸附和电渗作用。(它具有多种电泳特性,使其成为多功能介质。它是一种合成的,热稳定的,透明的,强大的,化学相对惰性的凝胶,在SDS的存在下,电泳迁移率主要基于分子重量而不是蛋白质的电荷和大小,并且可以制备具有各种平均孔径。SDS是一种阴离子去污剂,它可以破坏分子内部和分子之间的氢键,展开蛋白质,破坏二级和三级结构,如变性剂和水溶助剂。强还原剂如巯基乙醇和二硫苏糖醇(DTT)可破坏半胱氨酸残基之间的二硫键。将SDS和还原剂应用于蛋白质样品以使蛋白质线性化并赋予线性化蛋白质负电荷。在大多数蛋白质中,SDS与多肽链的结合使每单位质量的电荷均匀分布,因此,与SDS提供的负电荷相比,多肽的固有电荷变得可以忽略不计。这种新的负电荷明显大于该蛋白质的原始电荷。通过结合SDS产生的静电排斥导致蛋白质展开成棒状形状,从而消除形状差异作为凝胶中分离的因素。所有杆的短轴,SDS-蛋白质亚基化合物几乎相同,约8nm。并且长轴的长度与蛋白质亚基的分子量成比例。因此,SDS-蛋白质亚基化合物的电泳迁移率基于分子量,消除了尺寸和电荷所施加的影响。将待分析的样品与SDS混合。然后通过相关溶液对混合样品进行后续处理。将样品加热至至少60℃进一步促进蛋白质变性和解聚,帮助SDS结合并实现棒状形成和负电荷粘附。可以将溴酚蓝染料添加到蛋白质溶液中以允许实验者在电泳运行期间跟踪蛋白质溶液通过凝胶的进程。加入适量的甘油以增加密度并加速样品溶液的迁移。

 

  1. 在凝胶电泳过程中应用具有不同pH值的缓冲系统。非常普遍的不连续缓冲系统是tris-甘氨酸或“Laemmli”系统,其在8下堆叠并且在~8.3-9.0的pH下溶解。该系统的缺点是这些pH值可能促进蛋白质中半胱氨酸残基之间的二硫键形成,因为半胱氨酸的pKa范围为8-9,并且因为加载缓冲液中存在的还原剂不与蛋白质共迁移。缓冲技术的最新进展通过在远低于半胱氨酸的pKa(例如,bis-tris,pH6.5)的pH下解析蛋白质来缓解该问题,并且包括在蛋白质之前移动到凝胶中的还原剂(例如亚硫酸氢钠)。保持减少的环境。
    当施加电压时,阴离子(和带负电的样品分子)向下室中的正电极(阳极)迁移,前导离子为Cl(高迁移率和高浓度); 甘氨酸盐是尾随离子(低迁移率和低浓度)。SDS-蛋白质颗粒不会在凝胶缓冲液的Cl和阴极缓冲液的Gly之间的边界处自由迁移。由于Cl-和甘氨酸 – 缓冲液之间的电压降,蛋白质被压缩(堆叠)成微米薄层堆积凝胶层。在解析凝胶层时,每单位具有更多负电荷的蛋白质比每单位负电荷更少的蛋白质迁移更快。也就是说,具有小分子量的蛋白质比具有大分子量的蛋白质迁移得更快。边界移动通过孔梯度,并且蛋白质堆叠由于凝胶基质的摩擦阻力增加而逐渐分散。堆积和去堆积在梯度凝胶中连续发生,对于不同位置的每种蛋白质。

 

  1. 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)用于分离尺寸范围为5至2,000kDa的蛋白质,这是由于聚丙烯酰胺凝胶提供的均匀孔径。通过控制用于产生凝胶的丙烯酰胺和双丙烯酰胺粉末的浓度来控制孔径。通常,分辨凝胶以5%,8%,10%,12%或15%制成。将堆积凝胶(5%)倒在分离凝胶的顶部,并插入凝胶梳(其形成孔并限定将放置蛋白质,样品缓冲液和梯子的泳道)。选择的百分比取决于人们希望在样品中鉴定或探测的蛋白质的大小。已知重量越小,应使用的百分比越高。凝胶缓冲系统的变化有助于进一步分辨非常小的蛋白质。
分子量范围(KD)凝胶浓度(%)
<1015
10-3012
30-10010
100-5008
> 500

蛋白质印迹和检测

蛋白质印迹和检测分析涉及五个步骤,即转移,阻断,一抗孵育,二抗孵育和蛋白质检测和分析。

  1. 转让
    将蛋白质从凝胶内移动到由硝酸纤维素(NC)或聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的膜上。没有预活化,蛋白质与基于疏水相互作用的硝酸纤维素膜结合,从而对蛋白质活性具有轻微影响。此外,硝酸纤维素膜几乎不产生非特异性染色。它便宜且易于使用。但是,洗涤时很容易擦除小分子蛋白质。它很脆弱,韧性很差。具有高亲和力,PVDF膜需要在使用前沉入甲醇中以激活膜上的正电荷基团,促进与带负电的蛋白质的组合。应根据转移蛋白的分子量应用具有不同孔的特定NC膜,因为膜的孔越小,膜与小分子量蛋白之间的组合越紧密。最常用的是45μm和0.2μm的NC膜。对于分子量超过20KD的蛋白质,应施加0.45μm的尺寸,而对于低于20KD的蛋白质,应选择0.2μm的尺寸。PVDF膜由于其比普通膜具有更高的灵敏度,分辨率和亲和力,因此最适合检测小分子量蛋白质。
    最常用于蛋白质的转移方法是半干转移和湿转移。半干转移描述了将凝胶 – 膜 – 过滤器夹层放置在装有转移缓冲液的过滤器之间的方法。转移过程基于转移缓冲液产生的电流传导。半干转移需要很少的时间和高效率,因为电流直接作用于膜和凝胶。在进行湿转移时,将凝胶 – 膜 – 过滤器夹层放入转移槽中,垂直悬浮在转移缓冲液中。蛋白质在由与夹层平行的电极板产生的高强度电场的控制下从凝胶转移到膜上。在将时间延长到适当的时间的同时,可以更有效地转移蛋白质。可以转移几种凝胶中的蛋白质。

 

  1. 阻断
    在蛋白质印迹中,重要的是阻断膜上未反应的位点以减少在使用惰性蛋白质或非离子洗涤剂的测定的后续步骤期间蛋白质的非特异性结合的量。阻止缓冲区应阻止所有未处理的站点。阻断缓冲液不应取代膜上的靶蛋白,不结合靶蛋白上的表位,不与抗体或检测试剂交叉反应。最典型的阻滞剂是BSA,脱脂奶粉,酪蛋白,明胶和吐温-20。TBS和/或PBS是最常用的缓冲液。
    惯性蛋白质BSA,脱脂奶粉,酪蛋白,明胶或非离子洗涤剂Tween-20通过阻断未反应的位点来减少非特异性结合。保留蛋白质结构,Tween-20可以减少蛋白质之间原始相互作用的分解,同时用于蛋白质乳化。

    1. 脱脂奶粉是最经济的选择
    2. 避免使用脱脂奶粉作为生物素结合抗体印迹的阻断剂,因为牛奶含有不同量的糖蛋白和生物素。
    3. BSA适用于以磷酸化蛋白为靶标的印迹。脱脂奶粉中含有的磷酸酶导致膜上磷酸化蛋白质的去磷酸化,而磷酸化特异性抗体用于鉴定磷酸化蛋白质。而脱脂奶粉不适用于依赖碱性磷酸酶系统的印迹。
    4. 避免将NaN3添加到基于HRP系统的印迹的封闭试剂中,因为NaN3能够使HRP失活。
    5. 酪蛋白被推荐用于碱性磷酸酶偶联二抗的印迹。应选择TBS缓冲液代替PBS缓冲液,因为PBS会干扰碱性磷酸酶。

 

  1. 一抗孵育
    封闭后,将与靶蛋白特异的一抗与膜一起温育。并且一抗与膜上的靶蛋白结合。
    在蛋白质印迹中,一抗应在使用前进行验证。一抗的选择取决于待检测的抗原。多克隆和单克隆抗体均可用于蛋白质印迹。单克隆抗体识别单个特异性抗原表位。因此,它们具有更高的特异性,导致更低的背景。如果靶表位被破坏,则会影响印迹结果。多克隆抗体识别更多表位,并且它们通常具有更高的亲和力。即使一些表位被破坏,印迹结果也将是稳定的。

 

  1. 二次抗体孵育
    在冲洗膜以去除未结合的一抗后,将膜暴露于特异性酶缀合的二抗。并且第二抗体与已与靶蛋白反应的第一抗体结合
    最常用的二抗是抗小鼠和抗兔免疫球蛋白,因为一抗的宿主物种主要是小鼠和兔。山羊被广泛用于培养抗小鼠和抗兔多克隆抗体。因此,山羊抗小鼠和山羊抗兔免疫球蛋白是最常用的二抗。二抗的选择取决于产生一抗的动物种类。例如,如果第一抗体是小鼠单克隆抗体,则第二抗体必须是抗小鼠抗体。如果第一抗体是兔多克隆抗体,则第二抗体必须是抗兔抗体。

 

  1. 蛋白质检测(颜色发展)和分析
    1. 蛋白质检测(显色)
      底物与与二抗结合的酶反应,产生有色物质,即可见蛋白质条带。通过光密度测定法和可见蛋白质条带的位置评估细胞或组织中的靶蛋白质水平。
      碱性磷酸酶(AP)和辣根过氧化物酶(HRP)是广泛使用的两种酶。通过碱性磷酸酶(AP)催化作用,无色底物BCIP将转化为蓝色产物。在H 2 O 2存在下,在HRP催化下,3-氨基-9-乙基咔唑和4-氯萘酚将分别氧化成棕色物质和蓝色产物。增强的化学发光是另一种采用HPR检测的方法。使用HRP作为酶标记物,发光物质鲁米诺将被H2O2氧化并发光。此外,该基板中的增强剂将使光强度增加1000倍。当印迹在照相胶片上敏化时,将检测到HRP。
    2. 分析
      一个。控制设计
      正确的控制设计对于蛋白质印迹至关重要。通过快速准确地识别各种问题,保证准确,具体的测试结果。
      对照类型:
      阳性对照:来自已知表达您正在检测的蛋白质的细胞系或组织样品的裂解物。阳性对照旨在验证抗体的工作效率。
      阴性对照:来自细胞系或组织样本的裂解物,已知不能表达您正在检测的蛋白质。阴性对照是检查抗体特异性。将确定非特异性结合和假阳性结果。
      二级抗体对照(无一抗对照):第一抗体不添加到膜上。仅添加二抗。这是为了检查二抗特异性。将指出由二抗引起的非特异性结合和假阳性结果。
      空白对照:初级和二级抗体均未添加至膜。这是为了检查膜的性质和阻塞效果。
      加载控制:加载控制用于检查样品质量和二抗系统的性能。

加载对照是“管家蛋白”的抗体,或在几乎所有组织和细胞中以相同水平表达的蛋白质。需要加载对照以检查凝胶中的泳道是否均匀地装载样品,特别是当必须比较不同样品中蛋白质的表达水平时。它们还可用于检查整个凝胶中从凝胶到膜的均匀转移。在没有发生加载或转移的情况下,加载对照条带可用于量化每个泳道中的蛋白质量。对于出版品质的工作,使用装载控制是绝对必要的。

加载控制分子量(KD)样品类型
β-肌动蛋白43KD全细胞/细胞质
GAPDH30-40KD全细胞/细胞质
微管蛋白55KD全细胞/细胞质
VCDA1 /孔蛋白31KD线粒体
COXIV16KD线粒体
Lamin B116KD核(不适用于去除核心包络的样本。)
TBP38KD核(不适用于去除DNA的样本)

 

β-肌动蛋白抗体GAPDH抗体
β-肌动蛋白抗体
Boster ECL western blot底物
GAPDH抗体
Boster ECL蛋白质印迹底物


2.
蛋白质印迹图 

蛋白质印迹图


3.
详细的蛋白质印迹方案
步骤1:样品制备(蛋白质提取)
从细胞培养物制备蛋白质。

  1. 在管中培养细胞直至密度达到80%。使用05%胰蛋白酶(AR1007)消化细胞或使用冷塑料细胞刮刀从管上刮下粘附细胞。用预冷PBS(AR0030)洗涤细胞两次,以3000rpm离心2-3分钟,并除去上清液。然后将细胞沉淀轻轻转移到预冷管中。将哺乳动物细胞蛋白提取试剂(AR0103)加入管中,沉淀量为体积的5-7倍,反复吹气。
  2. 如果解决方案是模糊的话,使用超声波处理器进行分解。超声波处理两秒钟,暂停两秒钟。功率为100-120瓦。当黑暗的解决方案明确时,关闭电源。然后将溶液在冰上裂解4-5小时。
  3. 超声波再次处理解决方案。以10000rpm离心10分钟。丢弃顶部和下部细胞碎片上的脂质,并在中间取出蛋白质溶液。将蛋白质溶液与Boster SDS-PAGE上样缓冲液2X(AR0103)在相同体积中混合,或与SDS-PAGE上样缓冲液5X(AR1112)以4:1的体积比均匀混合。然后在100中变换解决方案?水浴5分钟。(该溶液可立即使用或等分储存。在-20°C下保存几个月,在4°C下保存1-2周。

从组织制备蛋白质。

  1. 将手术切除的组织立即置于预冷的生理盐水中。洗掉组织上的血液。在称重后将组织切成几个小块(1-1g)。在匀浆之前添加Boster酶抑制剂混合物。每1g组织加入10ml哺乳动物组织蛋白提取试剂(AR0101)。研磨组织直至完全均质化。
  2. 用laultrasonic处理器处理后,裂解组织在冰上匀浆4-5小时。
  3. 以10000rpm离心10分钟,并在中间取出蛋白质溶液。将蛋白质溶液与Boster SDS-PAGE上样缓冲液2X(AR0103)在相同体积中混合,或与SDS-PAGE上样缓冲液5X(AR1112)以4:1的体积比均匀混合。然后在100水浴中使溶液变性5分钟。

蛋白质分析

收集蛋白质样品后,应量化蛋白质的浓度以确保每种蛋白质的等量加载量。
最常用的测定试剂盒分别是boster BCA蛋白质测定试剂盒(AR0146),micro BCA蛋白质测定试剂盒(AR1110)和Commassie plus蛋白质测定试剂盒(AR0145)。
Commassie plus蛋白质测定易于实施并且消耗较少的样品。然而,不同的蛋白质具有多种多样性,并且将产生差的标准曲线线性。PH值可能在多种元素的作用下发生变化,例如高浓度的Tris,EDTA,尿素,甘油,蔗糖,丙酮,硫酸铵和去污剂。这将随后影响颜色发展并干扰蛋白质定量。
BCA蛋白质测定具有更强的稳定性,更高的灵敏度(更高的灵活性)以及形成的有色复合物更稳定,几乎没有干扰物质.BCA蛋白质测定比commassie加蛋白质测定具有明显的优势,即不受去污剂的影响。

步骤2:制备凝胶

蛋白质大小(KD)凝胶百分比(%)
> 1008%
30〜10010%
10〜3012%
<1015%
  1. 按比例配制溶解凝胶,轻轻混合溶液,避免氧气过多。将凝胶溶液缓慢倒入凝胶装置中的双层玻璃板中。加一片水以防止吸入氧气。水平放置,在37℃下孵育60分钟,直至凝胶溶液完全聚合并混凝土浇筑。
  2. 按比例准备堆积凝胶,轻轻混合溶液。用过滤器吸收混凝土上的水。将堆积凝胶溶液缓慢倒入凝胶装置中的双层玻璃板中。小心地将梳子插入凝胶中(梳齿之间禁止使用气泡。在37°C孵育60分钟直至凝胶溶液完全聚合并混凝,轻轻取出梳子。
    注意:Boster SDS-PAGE凝胶制备试剂盒(AR0138)是推荐用于制备凝胶。

第3步:加载样品

将Boster加载缓冲液添加到电泳室中至两层玻璃板之间的样品加载孔以上的水平。确保将凝胶底部浸入装载缓冲液中。双层玻璃板内的液位高于外层。然后加载样品,其中包括用于阳性对照的处理样品,组织和细胞样品蛋白,用于阳性对照的重组蛋白和孔中的标记。每孔加入30-50ug蛋白质,总加载量小于30ul。
注意:时间应尽可能短,以防止样品扩散。

第4步:运行凝胶

加载样品后,适当放置电泳室盖的阳极和阴极。电泳在适当的电压下进行。在不连续系统中,用于堆积凝胶的电压(70-80V)低于用于分离凝胶(90-110V)的电压,以确保蛋白质在进入分离凝胶之前集中在相同水平上。运行凝胶,当溴酚蓝染料分子到达凝胶底部时,关闭电源。这个过程通常需要2-3个小时。

步骤5:凝胶染色

电泳后,将Boster commassie蓝染色溶液(AR0140),考马斯蓝快速染色溶液(AR0107)和蛋白质银染色试剂(AR0171)用于凝胶染色。这是为了检查电泳是否有效。染色凝胶不能参与随后的膜转移过程。

第6步:转移

湿转移

  1. 取出凝胶,将凝胶浸入Boster转移缓冲液(AR1149)中15-30分钟。
  2. 基于三明治模型,通过堆叠夹层海绵/转移垫(滤纸)/凝胶/ NC膜/转移垫(滤纸)/海绵来安装电子转移夹,其夹紧,其中没有气泡。确保凝胶最靠近阴极和最靠近阳极的膜。(请参见下图)
    注意:海绵,滤纸和NC膜应彻底浸入转移缓冲液中。
  3. 将转移缓冲液添加到电转移罐的顶部,并在其中插入电子转移夹。将水箱放在-20?。膜应最接近阳极。带负电的氨基酸和蛋白质将向阳极迁移。
  4. 通常可以使用150-300mA的恒定电流。转移时间取决于凝胶浓度。
  5. 建议使用膜保持检查转移效率。将NC膜置于Boster印迹膜快速可逆蛋白染色试剂(AR0142)中5-10分钟,并出现可见的红色条带。通过在洗涤缓冲液中反复洗涤可以完全干燥膜。

第7步:阻止

  1. 冲洗印迹膜:在室温下使用Boster洗涤缓冲液冲洗印迹膜三次,持续10分钟。
  2. 漂洗后,将印迹膜浸入Boster封闭缓冲液中。在4°C搅拌下孵育5-2小时。

步骤8:抗体孵育

封闭后,将膜与结合靶蛋白的一抗孵育,然后与酶缀合的二抗(HRP缀合的抗体和AP缀合的二抗)一起孵育。

  1. 在Boster抗体稀释缓冲液(AR1017)中稀释一抗。将第一抗体和膜在4℃孵育过夜。
  2. 用洗涤缓冲液洗涤膜三次,每次约十分钟。
  3. 在Boster抗体稀释缓冲液(AR1017)中稀释二抗。将第二抗体和膜在4℃孵育2小时。
  4. 将膜洗净3-6次,每次约10分钟。

第9步:抗体检测(显色)

蛋白质印迹抗体检测方法的选择取决于标记或与二抗结合的特定物质。ECL化学发光检测系统和DAB显色检测系统通常用于蛋白质印迹。
Boster ECL化学发光系统依赖于蛋白质印迹与底物的孵育,所述底物在二抗上暴露于HRP时会发光。然后通过照相胶片检测并捕获光。

  1. ECL化学发光溶液:从Boster过敏WB化学发光底物(浓缩)中加入1ml水至50ul显色试剂A和50ul显色试剂B,并充分混合。或者从中加入相同量的颜色试剂A和颜色试剂B并充分混合。
  2. 用彩色试剂溶液覆盖印迹膜。
  3. 曝光:使用放射自显影胶片或CHEMIDOC在暗室中记录测试结果。
  4. 使用放射自显影胶片,特定抗原的暴露时间取决于从数秒到数分钟的显影效果。使用Boster显影和固定套件(AR0132),在显影液中清洗薄膜。当乐队出现时停止洗涤。然后把电影放在固定剂中。
    注意:如果需要重复使用膜上的蛋白质,建议使用WB Strippping Buffer(AR0153)去除膜上的一抗和二抗。
泳道1:MCF7全细胞裂解物
泳道2:Hela全细胞裂解物
泳道3:Jurkat全细胞裂解物
泳道4:HT1080全细胞裂解物
泳道5:Colo320全细胞裂解物
泳道1:MM453全细胞裂解物
泳道2:MM231全细胞裂解物
泳道3:Hela全细胞裂解物
泳道4:HT1080全细胞裂解物
泳道5:Colo320全细胞裂解物
泳道1:大鼠卵巢组织裂解物
泳道2:人胎盘组织裂解物

Boster ECL蛋白质印迹底物

 

Boster DAB显色检测系统:

  1. Boster DAB显色试剂:加入1 ml水,一滴试剂A,试剂B和试剂充分混合。
泳道1:大鼠骨骼组织裂解物
泳道2:大鼠肝脏组织裂解物
泳道3:大鼠脑组织裂解物
泳道4:大鼠小肠组织裂解物
泳道5:MCF-7全细胞裂解物
泳道6:HeLa全细胞裂解物
泳道7:Smmc全细胞裂解物
泳道8:Jurkat全细胞裂解
液泳道9:Colo320全细胞裂解液
泳道1:大鼠脑组织裂解物
泳道2:大鼠脑组织裂解物
泳道3:大鼠肝脏组织裂解物
泳道4:大鼠胰腺组织裂解物
泳道5:MCF-7全细胞裂解物

Boster DAB蛋白质印迹底物

 

免费咨询热线:400-080-3779

 

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