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1 蛋白穿越重现之旅 Western Blot 技术 北京全式金生物技术有限公司

2 Western Blot 的起源和应用及原理 Western Blot 实验流程详解 Western Blot 实验中的常见问题分析

3 Western Blot 蛋白质印迹法 又称免疫印迹试验, 它是分子生物学 生物化学和免疫遗传学中常用的一种实验方法 基本原理是通过特异性抗体对凝胶电泳处理过的细胞或生物组织样品进行着色 通过分析着色的位置和着色深度获得特定蛋白质在所分析的细胞或组织中表达情况的信息

4 Western Blot 起源 Renart, J., J. Reiser, G. R. Stark, (1979). "Transfer of proteins from gels to diazobenzyloxymethyl-paper and detection with antisera: a method for studying antibody specificity and antigen structure." Proc Natl Acad Sci U S A 76(7): DNA 杂交技术,Southern Blot RNA 杂交技术,Northern Blot 蛋白质印迹技术,Western Blot

5 Western Blot 的应用 定性或半定量分析目的蛋白的特异性表达 蛋白 - 蛋白 蛋白 -DNA 和蛋白 -RNA 相互作用的后续分析 蛋白修饰的鉴定 ( 磷酸化 糖基化的鉴定 )

6 Western Blot 实验原理 直接法 间接法

7 Western Blot 的起源和应用及原理 Western Blot 实验流程详解 Western Blot 实验中的常见问题分析

8 Western Blot 实验流程 样品制备及定量 SDS-PAGE 转膜 显色发光 抗体杂交 封闭

9 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

10 样品制备 总体原则 整个提取过程在低温下进行, 保持蛋白处于溶解状态, 防止蛋白变性 降解与修饰 根据实验目的选取不同抽提液和抽提方法 有时需要去除体系中的核酸 无关蛋白等干扰成分 方法简便, 耗时短, 易于操作 制备好的样品若不立即使用, 需分装冻存于 -80 冰箱, 及防止储存过程中降解

11 样品制备方法简介 培养细胞的裂解 组织细胞的裂解 弃细胞培养基 1 PBS 洗涤加入细胞裂解液冰上裂解细胞离心收集上清 冰上分离目的组织液氮研磨加入细胞裂解液冰上裂解组织细胞离心收集上清

12 细胞裂解液 组分作用举例 缓冲液盐离子螯合剂还原剂去垢剂蛋白酶抑制剂磷酸酶抑制剂 提供一定 ph 范围的缓冲体系, 使蛋白保持稳定, 增加溶解度 保持蛋白在适当的盐离子浓度下, 避免聚集沉淀 螯合金属离子, 防止蛋白提取物过于黏稠, 溶解度下降 保护二硫键, 防止蛋白发生氧化 溶解膜与脂膜, 溶解与稳定蛋白质 ( 特别是膜蛋白 ) 抑制蛋白酶活性, 防止蛋白降解 抑制磷酸酶活性, 保持蛋白样品的磷酸化状态 Tris-HCl(pH 7.5) Hepes-KOH(pH 7.5) NaCl EDTA EGTA DTT β-me 阴离子型 :SDS 阳离子型 : 脱氧胆酸钠非离子型 : NP-40, Tween-20, TritonX-100 PMSF Aprotinin Leupeptin Pepstetine A Sodium Fluoride Sodium Orthovanadate

13 哺乳动物组织 哺乳动物细胞 核蛋白和浆蛋白提取 DE201 总蛋白提取 DE101 膜蛋白提取 DE301 线粒体分离 DE501 线粒体分离 DE401 简单 快速的试剂盒方式有利于最大限度保证提取蛋白样品的质量

14 相关产品 ProteinExt TM Mammalian Total Protein Extraction Kit ProteinExt TM Mammalian Nuclear and Cytoplasmic Extranction Kit ProteinExt TM Mammalian Membrane Protein Extraction Kit ProteinExt TM Mammalian Mitochondria Isolation Kit for Cell ProteinExt TM Mammalian Mitochondria Isolation Kit for Tissue

15 蛋白定量 目的 : 保持不同处理样品间上样量一致, 便于分析结果 蛋白电泳上样量 细胞样品一般 μg 组织样品一般 μg

16 常用蛋白定量方法 定量方法原理灵敏度干扰因素标准曲线 Lowry 法 (Folin- 酚法 ) 在碱性条件下, 蛋白质与铜作用生成复合物, 后者将磷钼酸 - 磷钨酸还原成蓝色复合物 较高约 5 μg/ml 适用于脂类含量较高的样品, 也能耐受相当浓度的去垢剂 ( 如 SDS); 专一性差, 干扰物质多, 可受硫酸铵 Tris 缓冲液 甘氨酸 各种硫醇的干扰 不是严格的直线 Bradford 法 ( 考马斯亮蓝法 ) 在酸性条件下, 考马斯亮蓝 G-250 和蛋白质结合产生特殊的蓝色 高约 1~5 μg/ml 易受强碱性缓冲液 TritonX- 100 SDS 等去污剂的影响 线性较差 BCA 法 在碱性条件下, 蛋白质中的肽键将 Cu 2+ 还原成 Cu +, 后者能够与 BCA 形成紫色化合物 很高 0.5~20 μg/ml 抗干扰能力强, 不受较高浓度去污剂的干扰 ; 易受某些还原剂 ( 如 DTT 和 β- ME) 铜离子螯合剂和高浓度缓冲液的影响 线性关系较好

17 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

18 SDS-PAGE 电泳 SDS-polyacrylamide gel electrophoresis SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳

19 SDS-PAGE 原理 SDS 的作用 蛋白质 变形蛋白质成一线形分子并且均匀带上一层负电荷

20 SDS-PAGE 电泳使得蛋白混合物能按照各自的分子量大小分离开来

21 聚丙烯酰胺凝胶 组分 作用 丙烯酰胺 丙烯酰胺单体在自由基的引发下聚合为长链 N,N - 亚甲双丙烯酰胺 过硫酸铵 (AP) TEMED 使长链交联起来形成三维网状结构的凝胶 提供可以引发丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合的自由基 通过催化过硫酸铵形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合 Buffer (Tris-Glycine) 提供稳定的 ph 条件 凝胶的多孔性取决于链的长度以及聚合反应过程交联的程度 聚丙烯酰胺凝胶具有一定的机械强度和透明度, 是良好的电泳介质, 用这种凝胶作为支持物的电泳, 就称为聚丙烯酰胺凝胶电泳

22 丙烯酰胺 N,N - 亚甲双丙烯酰胺

23 SDS-PAGE 凝胶的有效分离范围 丙烯酰胺浓度 / % 线性分离范围 / kda ~ ~ ~ ~ ~ 212 注 : 丙烯酰胺 : 双丙烯酰胺的分子比是 29:1

24 连续电泳和不连续电泳 PAGE 根据是否具有浓缩效应, 分为连续电泳和不连续电泳两类 目前最常用的是不连续电泳

25 关亍 Tricine-SDS-PAGE 小分子蛋白在常规 SDS-PAGE 体系中不能得到良好分辨率 在 Glycine-SDS-PAGE 中, 低分子量的多肽常常堆积在浓缩胶中, 不能进入到分离胶中 SDS- 多肽胶束大致上是一个球形, 而不是通常的椭圆棒状结构, 其长短轴相似 多肽内部的电荷较高, 不能被表面 SDS 所带的电荷完全覆盖, 使得迁移率不与分子量呈线性关系 甚至分子量小于 6 kda 的蛋白, 都具有相同的迁移率 Tricine-SDS-PAGE 适合分离小于 30 kda 的蛋白, 尤其适合疏水蛋白质

26 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

27 膜选择的依据 膜与目的蛋白分子的结合能力 ( 单位面积的膜能结合蛋白的载量 ) 膜的孔径 ( 可拦截蛋白的大小 ) 分子量大于 20 kda μm 分子量小于 20 kda μm 分子量小于 7 kda μm 是否适合用于所选的显色方法, 信噪比高 根据不同的实验目的来选择

28 两种主要膜的对比 NC 膜 PVDF 膜 灵敏度和分辨率高高 背景低低 结合能力 80 ~ 100 μg/cm ~ 300 μg/cm 2 结合强度低高 材料质地纯的 NC 膜比较脆机械强度高 化学兼容性低高 是否需要活化不需要需要无水甲醇活化 适用范围 化学发光荧光检测常规染色 化学发光常规染色考马斯亮蓝染色蛋白质测序糖蛋白检测二次免疫检测

29 湿法 半干法 转膜的方法

30 转膜注意事项 根据蛋白分子量选择转膜方法 一般的蛋白, 两种方法都可以得到满意的效果 ; 小分子量蛋白, 用半干法转膜效果好 ; 大分子量蛋白 ( 如 100 kda 以上 ), 建议用湿法转膜 转膜效果的判断 观察预染 Marker 是否全部转到膜上 ; 丽春红 S(Ponceau S) 染色 -- 可逆

31 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

32 封闭 目的 : 将膜上未结合蛋白的区域 ( 也就是潜在的抗体非特异性结合位点 ) 封闭, 以避免产生非特异性背景 封闭剂 :5% 脱脂奶粉或 BSA 特殊情况不能选择脱脂奶粉 : 不能与生物素化或伴刀豆蛋白标记的抗体一起使用 ; 不能用于磷酸化抗体对蛋白磷酸化的检测 ; 不能用于碱性磷酸酶 (AP) 显色方法

33 室温或者 37 缓慢摇荡 1~2 h, 特殊情况也可 4 过夜 根据结果情况调整封闭试剂的浓度和类型 比如有时 BSA 比脱脂奶粉更有利于降低非特异性背景, 而有些抗体则在脱脂奶粉封闭的情况下才能得到清晰的背景 如果采用碱性磷酸酶检测系统, 封闭剂最好用 6% 酪蛋白 +1% 聚乙烯吡咯烷酮 +10 mmol/l EDTA 磷酸缓冲盐加热 65 1 小时确保碱性磷酸酶失活 ( 可以加 0.05% 叠氮化钠, 新鲜最好 ) 经济的脱脂奶配方和 AP 兼容得不太好, 如果选用 AP 作为显色方法, 封闭时就要选择 Tris 缓冲体系, 不要用 PBS, 因为 PBS 干扰 AP

34 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

35 抗体种类 一抗 : 第一抗体, 能和非抗体性抗原特异性结合的蛋白, 包括单克隆抗体和多克隆抗体 二抗 : 第二抗体, 能和抗体结合, 即抗体的抗体, 其主要作用是检测抗体的存在, 放大一抗的信号 一般二抗都会偶联可以检测的标记 ( 如荧光 放射性 化学发光或显色基团 ), 用来检测一抗 如果一抗本身偶联有这些标记, 则不需要二抗, 即所谓的直接 WB

36 一抗的选择 单克隆抗体 & 多克隆抗体 抗体类别 单克隆抗体 多克隆抗体 抗原类别 多肽 / 蛋白 多肽 / 蛋白 特异性 高 较低 批次间是否一致 完全一致 不能保证 最适应用范围 WB / IP / ELISA / IF / ICC / IHC / FCM WB / IP / ELISA

37 关于一抗的宿主物种 产生一抗的物种尽量不要与待检样品的物种一样, 以免二抗与待检样品中的内源性免疫球蛋白产生交叉反应 例如 : 尽量不要用鼠源一抗检测大鼠或小鼠来源的样本 如果用偶联一抗 ( 直接法 ) 进行检测, 则无需考虑以上因素

38 标签抗体和内参抗体 标签抗体 选择标签抗体, 在于其通用性 内参抗体 protein 选择内参抗体, 便于校正系统误差, 准确判定待测蛋白表达水平的差异, 同时可监测整个 WB 过程的准确性 tag

39 选择合适的内参 根据目的蛋白种属来源选择 哺乳动物 : GAPDH, β-actin,β-tublin 植物 :Plant actin Rubisco 根据目的蛋白分子量大小选择 一般同内参相差 5 kda 当两者相差很大时, 可以剪膜当两者相差很小时, 可以分别检测 -- 应尽量避免 根据目的蛋白的定位选择 核定位蛋白 :Lamin B,TBP, Histone H3,PCNA 膜定位蛋白 : Na,K ATPase 线粒体定位蛋白 : VDAC1, COX IV 胞质定位蛋白 : GAPDH, β-actin,β-tublin ( 同样适用于全细胞样品检测 ) 根据内参的丰度 异构体以及具体实验目的选择 β-actin 在肌肉组织中含量很少所谓的组织特异性有可能是不同公司所用抗原不同造成的 : β-actin 有 N- 和 C- 抗原的区别凋亡检测时, 不适宜选择 Lamin B TBP 等作为内参

40 选择正确的二抗 根据一抗的种属来源选择二抗 比如 : 一抗来自鼠源 ( 如 :anti-v5 mouse monoclonal antibody), 二抗就要用抗鼠二抗 ( 如 :Goat anti-mouse IgG (H+L), HRP conjugated)

41 根据一抗的类型选择二抗 根据单体数量和重链类型, 将抗体分别为 IgA, IgD, IgE, IgG 和 IgM 物种同型或类 其中又可分为几个亚类 :IgA1-2, IgG1a, 2a, 2b, 3,IgM1-2 一抗类型小鼠 IgG 小鼠 IgG1 小鼠 IgM 二抗 抗小鼠 IgG 抗体 抗小鼠 IgG1 抗体抗小鼠 IgG 抗体 抗小鼠 IgM 抗体

42 二抗的偶联标记 酶标二抗 ( 辣根过氧化物酶 HRP, 碱性磷酸酶 AP)-- WB,ELISA, IHC 荧光二抗 生物素标记二抗

43 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

44 显色 HRP AP 底物 发光底物 Luminol AMPPD 显色底物 DAB, TMB, 4-CN NBT, BCIP, NBT/BCIP 特异性高低 灵敏度 化学发光高高 化学显色较高高 背景 低 较高 动力学特性 快 慢 限制因素 叠氮钠抑制 HRP 活性 内源碱性磷酸酶活性干扰检测 价格 便宜 昂贵

45 Western Blot 的起源和应用及原理 Western Blot 实验流程详解 Western Blot 实验中的常见问题分析

46 Western Blot 实验中的常见问题分析

47 常见问题分析 现象原因解决方案 转膜失败 ( 转膜后观察 ) 1. 看不到预染 Marker 2. 转膜不充分 ( 预染 Marker 有很多没转过去 ) 电极插反了 a. 转膜时间太短 从头再来 对于大分子量蛋白或厚胶需要延长转膜时间 b. 膜未经充分浸润充分润湿 PVDF 膜 ( 甲醇 ) 或 NC 膜 ( 转移平衡 ( 不均匀转移 ) 缓冲液 )( 蛋白无法与干的 PVDF 膜结合 ) 3. 过转 ( 预染 Marker 透膜 ) a. 膜的孔径不合适选择合适孔径的膜 (0.2 μm 或更小 ) b. 转膜电压太高或时间过长 c. 蛋白与膜的结合不强 降低电压或减少时间 采用 PVDF 膜或尼龙膜 ( 结合能力更强 )

48 背景太高

49 现象原因解决方案 ECL 显影有问题或者失败 1. 背景太高 a. 封闭不彻底 b. 抗体浓度过高增加抗体稀释倍数 c. 洗膜不彻底 d. 蛋白上样量太高 e. 转膜缓冲液中 SDS 量太高 a1. 延长封闭时间 (4 过夜 ) a2. 若室温封闭, 最好摇床孵育 a3. 增加封闭蛋白 ( 如 BSA) 的浓度 a4. 更换封闭液种类 : 脱脂奶粉与一些二抗可能有交叉反应, 可更换成 BSA c1. 少量多次洗涤 c2. 适当增加去垢剂强度, 如 Tween-20 换成 NP-40 ( 抗体稀释液中加入 Tween-20 有助于降低非特异性结合 ) 减少蛋白上样量, 或增加抗体稀释倍数 降低 SDS 用量

50 没有信号 信号很弱

51 现象原因解决方案 ECL 显影有问题或者失败 a. 无条带 1 蛋白上样量过低, 增加上样量 b. 抗体浓度低 1 增加抗体浓度 2 增加孵育时间 c. 转膜失败丽春红染色等, 来监测转膜状态 2. 无信号 d. 抗体失效更换抗体 e. 蛋白制备过程中降解 重新制备 f. 抗体浓度过高底物迅速被消耗 g. ECL 显色液失效 ECL 显色液需要现用现配

52 反影空斑非特异性条带, 斑点

53 现象原因解决方案 ECL 显影有问题或者失败 3. 反影或条带为黄色抗体浓度过高增加抗体稀释倍数 4. 显色条带中有白色未显影空斑 5. 非特异性条带多 a. 膜未充分浸润平衡用缓冲液或甲醇充分浸润膜 b. 转膜时膜与胶之间有气泡 c. 显色后包保鲜膜时有气泡 6. 显影后有很多斑点封闭液有杂质 仔细操作, 赶走气泡 仔细操作, 赶走气泡 a. 封闭不彻底 4 封闭过夜 b. 抗体特异性不强增加抗体稀释倍数, 或更换抗体 配好奶粉之后静置一段时间, 使较大的颗粒沉淀下来

54 微笑 条带 垂直纹理 条带太宽 皱眉 条带

55 现象原因解决方案 ECL 显影有问题或者失败 7. 微笑 条带 a. 条带迁移过快降低电压, 减慢电泳速度 b. 电泳温度过高降低电压, 低温电泳 c. 凝胶中间凝固不均匀, 多见于厚胶待凝胶充分凝固再电泳 8. 皱眉 条带凝胶与玻璃挡板底部有气泡在两板间加入适量缓冲液以排除气泡 9. 垂直纹理 a. 样品中有不溶性颗粒 a1. 加样前离心 a2. 优化蛋白提取方法, 寻找合适的裂解液 b. 凝胶中有小气泡仔细配胶, 赶走气泡 10. 条带太宽样品盐离子浓度过高调整裂解液的盐浓度

56 条带扭曲条带太粗拖尾

57 现象原因解决方案 电泳问题 11. 条带扭曲 a. 分离胶与浓缩胶界面不平做好分离胶后注意立即封胶 b. 蛋白溶解度不好优化蛋白提取方法, 寻找合适的裂解液 c. 体系中盐离子浓度过高优化蛋白提取方法, 寻找合适的裂解液 12. 条带太粗浓缩胶配制出错, 没有浓缩效应 13. 拖尾 a. 蛋白样品溶解度不好 1. 检查 ph 值, 重新配制浓缩胶 2. 适当增加浓缩胶长度 3. 降低电压, 延长电泳时间 a1. 加样前离心 a2. 优化蛋白提取方法, 寻找合适的裂解液 b. 电泳缓冲液重复利用次数过多重新配制电泳缓冲液 c. 分离胶浓度过大降低凝胶浓度

58 其它问题分析 显色后目的蛋白分子量同预期不一致 蛋白翻译后修饰 : 糖基化, 磷酸化, 羟基化 蛋白含有特殊氨基酸组成 含有较多碱性氨基酸会使迁移率降低 : 如溶菌酶 含有较多酸性氨基酸会使迁移率增加 蛋白上样量太多, 有时会导致条带下移, 需要减少上样量判断准确位置

59 电泳染色后加样孔底部或浓缩胶与分离胶界面处有条带 多发生于大分子量蛋白分析中 解决办法 加热煮沸后, 添加适量的 DTT 或 β-me, 以补充不足的还原剂 煮样时添加适量 EDTA 以阻止还原剂的氧化

60 Strip 当需要用不同抗体对同一张膜进行杂交时, 需要做 Strip 处理 配方 : 100 mm 2-mercaptoethanol 2% SDS 62.5 mm Tris (ph 6.7) 55 水浴 30 min

61 如何保证 WB 的成功 蛋白制备是关键 配胶不可小觑 -- 细节决定成败 凝胶时间要足够长, 保证充分交联 上样前, 用电泳缓冲液清洗梳孔 各泳道蛋白样品上样量保持一致 用 1 Loading Buffer 将各泳道上样量调成一致 条件允许时, 可以低电压跑浓缩胶, 再调高电压跑分离胶 封闭和洗膜要充分 一抗和二抗的浓度要优化好 科学的设置阳性对照和阴性对照

62 样品制备及定量 SDS-PAGE 电泳 转膜 显色 抗体杂交 封闭

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