电泳基本原理：
电泳(Electrophoresis)是指带电颗粒在电场的作用下发生迁移的过程。电泳技术就是利用在电场的作用下，由于待分离样品中如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等带电性质以及分子大小、形状等性质的差异，使带电分子产生不同的迁移速度，从而对样品进行分离、鉴定或提纯的技术。在蛋白质电泳中，有两种分子参与这个过程：①具备牵引作用的来自Tris-HCl凝胶缓冲液的氯离子；②紧随其后的来自Tris-Gly电泳缓冲液的甘氨酸分子。
常用电泳液：
目前实验室常用的电泳液仍然是Laemmli电泳液（The electrode buffer (pH 8·3) contained 0.025 M Tris and 0.192 M glycine and 0-1 percent SDS），从它发明至今已经52年，成为经典的电泳缓冲液（Laemmli, U. K. . Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature.1970, 227:680-685.），此论文也因此成为了历史上引用率排名第二的论文（详细参见WB--电泳缓冲液，loading buffer）。
面对的挑战：
蛋白电泳目前朝着2个方向发展：更方便和更快捷。具体体现为预制胶和彩色快速凝胶试剂盒。实验室为了抢夺研发时间，在经费允许的情况下，都会直接购买商品化的产品。预制胶凝胶为特殊缓冲体系，pH值一般为6.5-7.0。中性的缓冲体系，不仅可以保证绝大部分蛋白样品的正确展现而且可以大大延长聚丙烯酰胺凝胶的保存时间，此类凝胶的保质期通常在一年以上。相对于Laemmli系统此缓冲体系对蛋白的分辨能力更优秀。其特点是方便简捷，即开即用，无需自行配制所需溶液、灌胶、等胶凝固，节省了研究者宝贵的时间和精力；搭配专门的电泳缓冲液溶液或者粉剂（加水溶解即可），可以实现快速分离，大大节省跑胶时间。彩色快速凝胶试剂盒最大的特点是采用彩色上层胶，使加样孔清晰易辨，方便上样及区分不同凝胶；并且配胶过程短，只需将等体积凝胶溶液及缓冲液混合，并加入少许促凝剂即可，操作简便快捷。彩色快速凝胶试剂盒一般采用Tris-HCl凝胶缓冲液，进行电泳时，一般使用传统的Tris-Glycine-SDS缓冲液。这种电泳缓冲液，首先，电泳时的电压不能过高，一般不能超过150V，电压过高会造成缓冲液发热，蛋白降解，所以如果一定需要将电压调高，需要在低温条件下电泳（冰浴）；其次，电泳速度过慢，一般在150V电压条件下，10*8 cm胶需要电泳90min左右，才能将15-170KD的蛋白全部分开。并且使用此电泳缓冲液，如果分离的蛋白分子量大小差别比较大，需要搭配梯度胶使用。针对以上传统电泳缓冲液的缺点，需要一种快速电泳缓冲液，允许电泳时电压增大到250V，并且电泳缓冲液不会过热，不会造成造成蛋白降解，不需要在低温条件下进行，并且能在30分钟内将15-170kD的蛋白分开。
快速电泳缓冲液配方摸索：
影响颗粒电泳速度的因素
1. 电场强度：电场强度是指每1厘米的电位降，故又称电位梯度，以V／cm表示。电场强度对泳动速度起决定性作用。在一定范围内，电场强度愈高，带电颗粒泳动愈快。2. 缓冲液：
(1)pH值
溶液的pH值直接影响带电颗粒的解离程度，并决定其所带净电荷的性质和多少。氨基酸、蛋白质均为可解离的两性分子，pH值离等电点越远，则颗粒所带的净电荷越多，泳动速度愈快。当在某pH值时，蛋白质分子所带的正电荷数恰好等于负电荷数，即净电荷等于零时，蛋白质在电场中不移动。此时溶液的pH值，即为该蛋白质的等电点。因此，在分离蛋白质混合物时，应选择合适的pH值，使各种蛋白质所带的电荷差异较大而彼此分开。在电泳过程中，为了使溶液的pH值保持恒定，必须选用缓冲溶液。电泳时，一般采用pH 8.3的缓冲液，pH值大于大多数蛋白质的等电点，所以蛋白质均带负电荷，故向正极移动。
(2)离子强度
离子强度增加，缓冲液所载的分电流也随之增加，样品所载的电流则降低，同时带电颗粒能把溶液中与其电荷相反的离子吸引在自己周围形成离子扩散层。因此，样品的电泳速度减慢。当增加离子强度时，使分离得到的蛋白区带更窄或斑点更为集中。但要注意的是离子强度增加使电泳时的总电流和产热也增加，对电泳是不利的。
在低离子强度时缓冲液所载的电流下降，样品所载的电流增加，因此加快了样品的电泳速度。但离子强度过低时，迁移率反而会因导电度的降低而减少，一般最适宜的离子强度为0.02～0.20。
(3)慢离子：甘氨酸分子
需要寻找比甘氨酸带更低负电荷的甘氨酸衍生物或类似物，使电泳速度更快。其中可以选择的有Tricine，bicine，牛磺酸，N-甲基甘氨酸，N,N-二甲基甘氨酸，甘氨酰甘氨酸等。
综上，对于传统的Tris-Glycine凝胶系统，为了快速实现分离，需要增加电压来提高跑胶速度。但是增加电压，缓冲液电流同时增加，从而导致缓冲液的温度上升，就必须在低温下进行。那有没有一种电泳缓冲液，既可以增加电泳的电压，提高电泳速度，又不增加电泳温度？这就需要感谢N.E. Good博士。在20世纪60年代以前，实验室常用的缓冲液是Tris，但是它在pH 7.5以下缓冲能力很差，为了获得在pH7.5以下有更好缓冲能力的缓冲液，N.E. Good博士和他的同事总结了现有各种缓冲液的优缺点，认为必须用人工设计和人工合成的方法来找到专门用于生命科学研究的特定缓冲体系，为此他们研制了一系列N-取代的氨基磺酸作为生物学上相关pH值的两性离子（Good, N.E., et al. Hydrogen Ion Buffer for Biological Research. Biochemistry.1966, 5(2): 467-477.）。此后，这类氨基磺酸类有机化合物被称之为Good’s缓冲液。其酸碱解离常数（pKa值）稳定，配成溶液后，pH值比较稳定，一般在6-8，释放质子的能力稳定，且受离子浓度、溶液组成和温度的影响较小。这就满足了电泳缓冲液在提高电压条件下，依然能保持缓冲能力，而不至于增加缓冲液温度。综上所述，一种适合传统Tris-Glycine凝胶系统的快速电泳缓冲液，应该包括缓冲介质Good's缓冲剂一种及多种，Tris Base（可选），慢离子化合物（一种及多种），SDS（0.1%，变性可选）。至于具体应该由哪些化合物组成，各自的浓度多少，还得经过具体电泳实验才能确认。
常用Good's缓冲剂pH使用范围
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化学名称
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缩写词
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分子量
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pKa
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使用pH值范围
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2-(N-吗啉)乙磺酸
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MES
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195.2
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6.1
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5.5～6.7
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二(2-羟乙基)亚氨基三(羟甲基)甲烷
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Bis-Tris
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109.2
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6.5
|
5.8～7.2
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N-(2-乙酰氨基)-2-亚氨基双乙酸
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ADA
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190.2
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6.6
|
6.0～7.2
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2[(2-氨基-2氧代乙基)氨基]乙磺酸
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ACES
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182.2
|
6.8
|
6.1～7.5
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哌嗪-N,N-二(2-乙磺酸)
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PIPES
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302.4
|
6.8
|
6.1～7.5
|
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3-(N-吗啉)-2-羟基丙磺酸
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MOPSO
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225.3
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6.9
|
6.2～7.6
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1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷
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Bis-Tris Propane
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282.3
|
6.8
|
6.3～9.5
|
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N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸
|
BES
|
213.2
|
7.1
|
6.4～7.8
|
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3-(N-吗啉)丙磺酸
|
MOPS
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209.3
|
7.2
|
6.5～7.9
|
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N-(2-羟乙基)哌嗪-N-(2-乙磺酸)
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HEPES
|
238.3
|
7.5
|
6.8～8.2
|
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N-三(羟甲基)甲基-2-氨基乙磺酸
|
TES
|
229.2
|
7.4
|
6.8～8.2
|
|
3-[N,N-二(羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸
|
DIPSO
|
243.3
|
7.6
|
7.0～8.2
|
|
3-[N-三(羟甲基)甲基氨基]-2-羟基丙磺酸
|
TAPSO
|
259.3
|
7.6
|
7.0～8.2
|
|
三(羟甲基)氨基甲烷
|
TRIZAMA
|
121.1
|
8.1
|
7.0～9.1
|
|
N-(2-羟乙基)哌嗪-N-(2-羟基丙磺酸)
|
HEPPSO
|
268.3
|
7.8
|
7.1～8.5
|
|
哌嗪-N,N-二(2-羟基丙磺酸)
|
POPSO
|
362.4
|
7.8
|
7.2～8.5
|
|
N-(2-羟乙基)哌嗪-N-(3-丙磺酸)
|
EPPS
|
252.3
|
8
|
7.3～8.7
|
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三乙醇胺
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TEA
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149.2
|
7.8
|
7.4～8.3
|
|
N-三(羟甲基)甲基甘氨酸
|
Tricine
|
179.2
|
8.1
|
7.4～8.8
|
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N,N-二(2-羟乙基)甘氨酸
|
Bicine
|
163.2
|
8.3
|
7.6～9.0
|
|
N-三(羟甲基)甲基-3-氨基丙磺酸
|
TAPS
|
243.3
|
8.4
|
7.7～9.1
|
|
3-[(1,1-二甲基-2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸
|
AMPSO
|
227.3
|
9
|
8.3～9.7
|
|
2-(N-环己基氨基)乙磺酸
|
CHES
|
207.3
|
9.3
|
8.6～10.0
|
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3-(环己基氨基)-2-羟基-1-丙磺酸
|
CAPSO
|
237.3
|
9.6
|
8.9～10.3
|
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2-氨基-2-甲基-1-丙醇
|
AMP
|
89.1
|
9.7
|
9.0～10.5
|
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3-(环己基氨基)-1-丙磺酸
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CAPS
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221.3
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10.4
|
9.7～11.1
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题外：
预制胶常用电泳缓冲液：
MES--SDS 电泳缓冲液和 MOPS--SDS 电泳缓冲液适合搭配 Bis-Tris Plus 预制胶使用。MES 具有更低的 pKa，使得 MES--SDS 电泳缓冲液的速度比 MOPS--SDS 电泳缓冲液更快。不同缓冲液的离子迁移效应的差异会影响积层，进而导致蛋白质分离范围差异。使用 MOPS 缓冲液可使蛋白质电泳速度比使用 MES 缓冲液时慢。
MOPS-- SDS电泳缓冲液推荐用于分离中等至高分子量的蛋白质。MES--SDS 电泳缓冲液推荐用于分离低至中分子量的蛋白质。
Tricine--SDS 电泳缓冲液专门搭配Tricine 预制胶使用，专为分离低分子量蛋白质而设计。在该缓冲体系中，用三羟甲基甘氨酸 (Tricine) 替代了电泳缓冲液中的甘氨酸，更有效地分离低分子量蛋白，提高小分子量多肽分辨率。Tricine具有比甘氨酸更低的负电荷，使其迁移速度更快。另外它的高离子强度导致更多的离子运动和更少的蛋白质运动，这样就可以在较低百分比的丙烯酰胺凝胶中分离低分子量蛋白质。已证明Tricine可用于通过电泳分离1至100kDa范围内的蛋白质。HEPES-SDS 电泳缓冲液专门搭配HEPES 预制胶使用。适用于多种样本类型和宽范围分子量的蛋白，具有分离效果优良、条带清晰锐利等优点，同时还大大缩短了电泳时间。
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凝胶系统
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SDS 电泳缓冲液
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Tris-HCl
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Tris-甘氨酸-SDS：Tris base (25mM)、甘氨酸 (192mM)、SDS (0.1%)、pH 8.3
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Bis-Tris 体系
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MES-SDS：MES (50mM)、Tris base (50mM)、SDS (0.1%)、EDTA (1mM)、pH 7.3
MOPS-SDS：MOPS (50mM)、Tris base (50mM)、SDS (0.1%)、EDTA (1mM)、pH 7.7
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Tris-tricine
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Tricine-SDS：Tris base (100mM)、Tricine (100mM)、SDS (0.1%)、pH 8.3
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Tris-HEPES
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HEPES-SDS：Tris base (50mM)、HEPES (50mM)、SDS (0.1%)、pH 7.7
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