蛋白质化学中的层析技术精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质化学中的层析技术第1页，讲稿共199张，创作于星期三v层析法也称色谱法层析法也称色谱法(chromatography)，是，是1906年俄国植物学家年俄国植物学家Michael Tswett发现并命发现并命名的。他将植物叶子的色素通过装填有吸附名的。他将植物叶子的色素通过装填有吸附剂的柱子，各种色素以不同的速率流动后形剂的柱子，各种色素以不同的速率流动后形成不同的色带而被分开，由此得名为成不同的色带而被分开，由此得名为“色谱色谱法法”。v 1941年，英国生物学家年，英国生物学家Martin和和Synge首首先提出了色谱塔板理论，为后来各种色谱技先提出了色谱塔板理论，为后来各种色谱技

2、术的发展奠定了基础。术的发展奠定了基础。第2页，讲稿共199张，创作于星期三第一节第一节 层析概述层析概述第二节第二节 离子交换层析离子交换层析第三节第三节 亲和层析亲和层析第四节第四节 凝胶过滤凝胶过滤第五节第五节 疏水层析疏水层析第六节第六节 分配层析分配层析第七节第七节 吸附层析吸附层析第3页，讲稿共199张，创作于星期三第一节第一节 层析概述层析概述 第4页，讲稿共199张，创作于星期三一、层析的原理一、层析的原理 层析技术是一组相关分离方法的总称，当待分离的混合物随流动相通过固定相时，由于各组份的理化性质存在理化性质存在差异差异，与两相发生相互作用（吸附、溶吸附、溶解、结合解、结合等

3、）的能力不同，在两相中的两相中的分配（含量对比）不同分配（含量对比）不同，而且随流动相向前移动，各组份不断地在两相中进行再分配，从而达到将各组份分离的目的。第5页，讲稿共199张，创作于星期三 第6页，讲稿共199张，创作于星期三二、层析的分类二、层析的分类 按固定相固定相基质的形式：柱层析、纸层析和薄层层析 第7页，讲稿共199张，创作于星期三 根据流动相的形式：根据流动相的形式：液相层析、气相层析液相层析、气相层析 第8页，讲稿共199张，创作于星期三 凝胶过滤凝胶过滤原理原理吸附层析吸附层析疏水层析疏水层析分配层析分配层析亲和层析亲和层析离子交换离子交换第9页，讲稿共199张，创作于星期

4、三三、层析前蛋白质处理三、层析前蛋白质处理 主要是利用主要是利用盐析法、等电点沉淀、盐析法、等电点沉淀、有机溶剂沉淀有机溶剂沉淀等方法，使目的蛋白与等方法，使目的蛋白与其它较大量的杂蛋白分开，这些方法其它较大量的杂蛋白分开，这些方法的特点是简便、处理量大、既能除去的特点是简便、处理量大、既能除去大量杂质，又能浓缩蛋白质，但分辨大量杂质，又能浓缩蛋白质，但分辨率低。率低。第10页，讲稿共199张，创作于星期三1、盐析法、盐析法 盐离子与水分子作用，原来溶液中大部盐离子与水分子作用，原来溶液中大部分的自由水转变为分的自由水转变为盐离子的水化水盐离子的水化水，从而降，从而降低蛋白质极性基团与水分子之

5、间的作用，低蛋白质极性基团与水分子之间的作用，破破坏蛋白质分子表面的水化层坏蛋白质分子表面的水化层，暴露出来的蛋，暴露出来的蛋白质表面白质表面疏水性区域相互结合疏水性区域相互结合，形成，形成沉淀沉淀。第11页，讲稿共199张，创作于星期三2、等电点沉淀、等电点沉淀 在溶液在溶液pH值等于蛋白质等电点值等于蛋白质等电点时，蛋白时，蛋白质的溶解度最小，容易互相吸引，质的溶解度最小，容易互相吸引，聚合成沉聚合成沉淀淀；加入盐离子会破坏这些吸引力，使分子；加入盐离子会破坏这些吸引力，使分子散开，溶入水中。散开，溶入水中。第12页，讲稿共199张，创作于星期三3、有机溶剂沉淀、有机溶剂沉淀 降低降低水溶

6、液的水溶液的介电常数介电常数，增加增加蛋白质不同电荷之间的蛋白质不同电荷之间的静电引力静电引力，使蛋白质产生，使蛋白质产生沉淀沉淀；有机溶剂与水作用使蛋白质的表面有机溶剂与水作用使蛋白质的表面水化层厚度压缩水化层厚度压缩，导致蛋白质导致蛋白质脱脱水，蛋白质间的水，蛋白质间的疏水作用增强疏水作用增强，从而产生，从而产生沉淀沉淀。第13页，讲稿共199张，创作于星期三四、层析基本操作过程四、层析基本操作过程 装置选择装置选择上样和洗脱上样和洗脱结果检测结果检测 上样均一性上样均一性 洗脱装置洗脱装置目的不同目的不同 检测方法不同检测方法不同活性检测活性检测基质均匀性基质均匀性柱层析的柱层析的L/d

7、比值比值第14页，讲稿共199张，创作于星期三1、柱层析的、柱层析的L/d比值比值 第15页，讲稿共199张，创作于星期三2、洗脱装置、洗脱装置v 不改变溶剂体系 依靠液面的水位差产生的静压力静压力致使洗脱液不断流经层析柱缺点：随着溶液的流去，水位差也逐渐减小，流速也在变小。改善：蠕动泵或恒流泵蠕动泵或恒流泵维持流速恒定的简易装置维持流速恒定的简易装置第16页，讲稿共199张，创作于星期三 v改变溶剂系统改变溶剂系统 分级洗脱分级洗脱 在一个溶剂系统洗涤后，改用另一溶剂系统。缺点：缺点：蛋白质和层析基质的结合强度相差并不很大，溶剂系统的改变又不可能过细过密同一个洗脱级分中就可能含有两种或两种以

8、上的蛋白质，达不到分离纯化的目的。递减递增pH阴离子交换树脂阳离子交换树脂离子强度疏水层析离子交换层析第17页，讲稿共199张，创作于星期三 v改变溶剂系统 梯度洗脱梯度洗脱 一种溶液以恒定的速度连续地进入处于温和搅拌的盛有另一种溶液的容器中，经混合后的液体以同速度沉入层析柱作为洗脱液，在这样所得到的洗脱液中一种溶液的浓度以线性梯度方式连续地发生改变。注意：梯度洗脱呈现一个峰，但有可能存在两个性质接近的蛋白质。线性梯度洗脱装置性能未知样品的蛋白质分离：改变缓慢的梯度洗脱若为单峰：分级洗脱第18页，讲稿共199张，创作于星期三3、结果检测、结果检测活性检测v 比活没有提高没有提高 目的蛋白与杂蛋

9、白并并没有分开没有分开v 比活有所提高，但总活性回收很低活性回收很低 目的蛋白有损失损失或有失活失活现象v测定蛋白质一级结构一级结构时，可不考虑目的蛋白的生物活性第19页，讲稿共199张，创作于星期三结果保存v薄层层析&纸层析 照相保存or 扫描仪转为图形or 积分仪变成数据v柱层析 检测器、记录仪和积分仪处理第20页，讲稿共199张，创作于星期三4、层析装置的仪器化、层析装置的仪器化vHPLCv与微机、质谱等连用第21页，讲稿共199张，创作于星期三第二节第二节 离子交换层析离子交换层析 第22页，讲稿共199张，创作于星期三一、原理一、原理 离子交换层析技术是以离子交换纤维素或以离子交换葡

10、聚糖凝胶为固定相，以蛋白质等样品为移动相，分离和提纯蛋白质、核酸、酶、激素和多糖等的一项技术。原理：原理：利用物质的电荷和层析载体的电荷间的相互作用，进而达到分离纯化的目的。第23页，讲稿共199张，创作于星期三 高分子聚合物基质、配基和平衡离子高分子聚合物基质、配基和平衡离子共价结合平衡离子u平衡离子是结合于配基上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。u阳离子交换剂阳离子交换剂：平衡离子带正电的离子交换剂，能与带正电的离子基团发生交换作用u阴离子交换剂：阴离子交换剂：平衡离子带负电的离子交换剂，与带负电的离子基团发生交换作用 第24页，讲稿共199张，创作于星期三pH值的

11、影响值的影响 NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-Low pHPositive chargeHigh pHNegative chargeHydrogen gainedHydrogen lost第25页，讲稿共199张，创作于星期三离子溶度影响离子溶度影响 离子浓度增加第26页，讲稿共199张，创作于星期三 +第27页，讲稿共199张，创作于星期三离子取代顺序离子取代顺序第28页，讲稿共199张，创作于星期三离子交换剂的基质离子交换剂的基质 琼脂糖琼脂糖离子交换剂离子交换剂 离子交换离子交换交联葡聚糖交联葡聚糖聚苯乙烯聚苯乙烯离子交换离子交换纤维素纤维素第29页，讲稿共199张，

12、创作于星期三 1 1、离子交换纤维素、离子交换纤维素交换剂名称（纤维素）作 用 基 团特 点阴离子交换剂二乙氨基乙基DEAE+-O-C2H4N+(C2H5)2H最常用在pH8.6以下三乙氨基乙基DEAE+-O-C2H4N+(C2H5)2H氨乙基AE+-O-C2H4-NH2胍乙基强碱性、极高pH仍有效阳离子交换剂羧甲基CM-O-CH2-COO最常用在pH4以上磷酸P-O-PO2 用于低pH磺甲基SM-O-CH2-SO3磺乙基SE-O-C2H4-SO3强酸性用于极低pH第30页，讲稿共199张，创作于星期三 常用：DEAE-纤维素（二乙基氨基纤维素）CM-纤维素（羧甲基纤维素）u开放性长链和松散的

13、网状结构，有较大的表面积，大分子可自由通过，使它的实际交换容量要比离子交实际交换容量要比离子交换树脂大的多。换树脂大的多。u亲水性，对蛋白质等生物大分子物质吸附的不太牢，用较温和的洗脱条件就可达到分离的目的，因此不致引不致引起生物大分子物质的变性和失活。起生物大分子物质的变性和失活。u回收率高回收率高 优点：优点：第31页，讲稿共199张，创作于星期三 2 2、交联葡聚糖、交联葡聚糖类型性能离子基因反离子总交换容量（毫克当量/g）DEAE-sephadexA-25弱碱性、阴离子交换剂DEAE+Cl3.50.5DEAE-sephadexA-50QAE-sephadex-25弱碱性、阴离子交换剂Q

14、AE+Cl3.00.4QAE-sephadexA-50CM-A-sephadex25弱碱性、阳离子交换剂CMNa+4.50.5CM-sephadexA-50SP-sephadexA-25强碱性、阳离子交换剂SPNa+2.30.3SP-sephadexA-50第32页，讲稿共199张，创作于星期三 优点：u不会引起被分离物质的变性或失活u非特异性吸附少u交换容量大 离子交换葡聚糖的选用：离子交换葡聚糖的选用：一般根据蛋白质的分子量而定u中等分子量（30000-200000）一般选A50和C50u低分子量（30000）和高分子量（200000）均宜选用A25和C25。第33页，讲稿共199张，创作

15、于星期三3、琼脂糖离子交换剂、琼脂糖离子交换剂 交换剂名称特点阴离子交换剂DEE-SepharouseCL-6B弱碱性pH:2-14DEAE-SepharouseFastFLowQ-SepharouseFF阳离子交换剂CM-SepharouseCL-6B弱酸性pH:2-14第34页，讲稿共199张，创作于星期三优点：优点：u对pH及温度的变化均较稳定，可在pH310和070范围内使用u改变离子强度或pH时，床体积变化不大u流速快，分辨率高u特别适用于相对分子质量大的蛋白质和核酸等化合物的分离。第35页，讲稿共199张，创作于星期三4、聚苯乙烯、聚苯乙烯v阴离子交换剂 AmberliteIRA&

16、Dowexleg.Dowexl4-100v阳离子交换剂 AmberliteIRC&Dowex50强阴离子交换剂交联度为4%颗粒度为50-100目第36页，讲稿共199张，创作于星期三5、其他、其他v聚乙烯醇DEAE-Toyopearl&CM-Toyopearl富羟基富羟基 高亲水性高亲水性v兼性离子交换剂基质上连有-丙氨酸丙氨酸、对氨基苯磺酸对氨基苯磺酸、精氨酸精氨酸等偶极离子or凝胶网孔中包含阴、阳离子的磷脂的脂质体脂质体 第37页，讲稿共199张，创作于星期三三、离子交换介质的配基三、离子交换介质的配基v提供了可交换的离子，是由带电荷的官能团带电荷的官能团组组成v通过或长或短的碳氢链经醚键

17、结合碳氢链经醚键结合到聚合物骨架上，相应的分别得到了阳离子和阴离子交换剂 第38页，讲稿共199张，创作于星期三 配基结构pK分类简称硫酸基(sulphate)-OSO3H2强酸S磺酸基(sulphonate)-(CH2)nSO3H2强酸SM(n=1)，SE(n=2)，SP(n=3)，SB(n=4)磷酸基(phosphate)-OPO3H29强碱Q，QAE第39页，讲稿共199张，创作于星期三 upK值值决定了相应的离子交换剂的pH工作范围u密度在配基密度达到一个极限值之前，蛋白质的吸附容量和保留值随着配基密度的增加而明吸附容量和保留值随着配基密度的增加而明显增加显增加；过了极限值，蛋白质的吸

18、附容量和保留值随配基密度的增加基本上没有影响。第40页，讲稿共199张，创作于星期三u种类种类 一般对同类型的离子交换剂来说，强阳强阳(阴阴)离子交换剂比弱阳离子交换剂比弱阳(阴阴)离子交换剂离子交换剂对蛋白质的结合能力强对蛋白质的结合能力强，需较强的盐浓度进行洗脱，相对的选择性较高 第41页，讲稿共199张，创作于星期三四、基本操作四、基本操作 缓冲液的选择 层析柱的选择 洗脱流速加样 洗脱洗脱液的监测收集及组分鉴定 离子交换剂的清洗、再生和保存 离子交换剂的处理 离子交换剂的选择 第42页，讲稿共199张，创作于星期三1、离子交换剂的选择、离子交换剂的选择v配基的选择 取决于被分离的物质在

19、其稳定的pH下所带的电荷，如果带正电，则选择阳离子交换剂；如带负电，则选择阴离子交换剂。一般分离蛋白质等大分子物质常用弱酸常用弱酸型或弱碱型离子交换剂型或弱碱型离子交换剂。第43页，讲稿共199张，创作于星期三v 基质的选择基质的选择价格分辨率和稳定性特点纤维素离子交换剂较低较低适于初步分离和大量制备葡聚糖离子交换剂适中适中受外界影响较大，体积可能随离子强度和pH变化有较大改变，影响分辨率琼脂糖离子交换剂较贵较高第44页，讲稿共199张，创作于星期三 v颗粒大小颗粒大小 分辨率平衡时间流速应用小颗粒高长慢分辨率要求不高的大规模制备性分离大颗粒低短快需要高分辨率的分析或分离第45页，讲稿共199

20、张，创作于星期三2、离子交换剂的处理、离子交换剂的处理u酸碱浸泡酸碱浸泡 进一步去除杂质，并使离子交换剂带上需要的平衡离子，一般阳离子交换剂最后用碱NaOH处理，阴离子交换剂最后用酸HCl处理。u 膨化膨化将干粉在水中充分溶胀，以使离子交换剂颗粒的孔隙增大，具有交换活性的配基充分暴露出来。u水悬浮水悬浮去除杂质和细小颗粒第46页，讲稿共199张，创作于星期三3、缓冲液的选择、缓冲液的选择u保证各个待分离物质的稳定；u使待分离样品与离子交换剂有较稳定的结合，而尽量使杂质不与离子交换剂结合或结合不稳定；u注意平衡缓冲液中不能有与离子交换剂结合力强的离子，否则会大大降低交换容量，影响分离效果。离子强

21、度和pH第47页，讲稿共199张，创作于星期三4、层析柱的选择、层析柱的选择v亲和力相差不多而需要交换剂的体积较大 增加柱长为宜，使待分离的组分被洗脱洗脱后再结合于交换剂上的概率增加后再结合于交换剂上的概率增加，柱的直径与高度的比以1：20左右为宜。第48页，讲稿共199张，创作于星期三v采用离子强度较大的梯度洗脱 选用粗而短粗而短的柱子为宜。因为当柱上洗脱液的离子强度高到足以完全取代被吸附的离子时，这些被置换的离子则以同洗脱液等速被置换的离子则以同洗脱液等速率从柱上向下移动率从柱上向下移动，如果柱细长柱细长，即从脱附到流出之间的距离长，使脱附的离子扩散的机会增加，结果造成分离峰过宽，降低分辨

22、率。用交联葡聚糖离子交换剂和纤维素离子交换剂时，常用的柱高为1520cm。第49页，讲稿共199张，创作于星期三5、上样、上样v样品应与起始缓冲液有相同的相同的pH和离子强度和离子强度v离子强度应低离子强度应低，可用透析、凝胶过滤或稀释法达此目的。v不溶物应在透析后或凝胶过滤前，以离心法除去。v上样量要适当，不要超过柱的负荷能力，通常上样量为交换剂交换总量的上样量为交换剂交换总量的1-5。第50页，讲稿共199张，创作于星期三第八次课第八次课第51页，讲稿共199张，创作于星期三6、洗脱、洗脱v改变溶液的改变溶液的pH或改变离子强度或改变离子强度 当使用阴离子交换剂阴离子交换剂时，增加盐离子浓

23、度，则降低降低pH值。当使用阳离子交换剂阳离子交换剂时，增加盐离子浓度，则升高升高pH值值v亲和洗脱亲和洗脱目的蛋白与加入离子发生特异性相互作用特异性相互作用而被置换置换v添加置换剂添加置换剂能置换置换基质上所有蛋白质所有蛋白质v洗脱方法洗脱方法 阶段洗脱和梯度洗脱 第52页，讲稿共199张，创作于星期三7、洗脱速度、洗脱速度v洗脱速度通常要保持恒定恒定v洗脱速度慢速度慢比快的分辨率好v如果洗脱峰相对集中某个区域造成重叠，则应适当缩小梯度范围或降低洗脱速度来提高分辨率；如果分辨率较好，但洗脱峰过宽，则可适当提高洗脱速度。第53页，讲稿共199张，创作于星期三8、洗脱液的监测收集及组分鉴定、洗脱

24、液的监测收集及组分鉴定v监测监测 用紫外检测仪进行，在280nm处观察洗脱液的光吸收v收集收集 用分布收集器收集，可以自动收集，也可以手动收集v鉴定鉴定 聚丙烯酰胺凝胶电泳、测定活性等第54页，讲稿共199张，创作于星期三9、离子交换剂的清洗、再生和保存、离子交换剂的清洗、再生和保存 u可溶于碱的污染物 0.1mol/LNaOH洗涤Milli-Q纯化的蒸馏水洗涤 结合缓冲液洗涤 可以除去诸如脂类、蛋白质和核酸这类的污染物。u对于疏水性污染物 乙醇溶液（如70%的乙醇）或非离子型的去污剂洗涤 可以除去脂类和其他的疏水性物质。第55页，讲稿共199张，创作于星期三u金属污染物金属污染物 EDTA饱

25、和的10mmol/LHCL（即pH=2）处理柱子u沉淀物杂质沉淀物杂质 去污剂、尿素和盐酸胍，可将柱子在6mol/L 的尿素中平衡和温育，然后用去离子水和缓冲液洗涤。第56页，讲稿共199张，创作于星期三 u再生再生 对使用过的离子交换剂进行处理，使其恢复原来性状的过程。酸碱交替浸泡u保存保存 处理洗净蛋白等杂质后，加入适当的防腐剂，一般加入0.02%的叠氮钠，4C下保存。第57页，讲稿共199张，创作于星期三五、应用实例五、应用实例v阴离子交换层析 从人血浆中分离得到血清白蛋白(HSA)和免疫球蛋白G(IgG)25mmolL的乙酸钠缓冲液充分透析血浆 用乙酸将血浆的pH调至5.2，除去沉淀

26、上阴离子交换柱 pH5.2的乙酸缓冲液洗脱等电点较高的IgGpH为4.5的同样浓度的同一缓冲液，以阶段洗脱的方式得到HSA 降低pH至4.0，同时升高缓冲液的浓度至150mmol/L，洗脱得到其他的糖蛋白 第58页，讲稿共199张，创作于星期三 用DEAE-SepharoseCL-6B柱大量分级人血浆蛋白第59页，讲稿共199张，创作于星期三 v阳离子交换层析阳离子交换层析 用CM纤维素分离鸡蛋清中的蛋白质组份 第60页，讲稿共199张，创作于星期三 表鸡蛋清中一些蛋白质用CM纤维素分离结果的分析级分中的蛋白质pI洗脱缓冲液的pH洗脱峰pH产量（mg）活性回收（%）A拟卵粘蛋白3.9-4.34

27、.34.342.287B拟卵粘蛋白3.9-4.34.44.40.9C卵蛋白A14.584.554.5173.889D卵蛋白A24.654.754.6537.2E卵蛋白A34.755.04.8511.0F“球蛋白”5.55.23.6G卵转铁蛋白6.5-6.86.05.842.587H卵转铁蛋白6.5-6.86.76.116.1I“球蛋白”8.58.07.5J“球蛋白”9.59.32.4K“球蛋白”10.09.41.1L抗生物素蛋白1010.09.50.939M“球蛋白”10.09.91.2N溶菌酶10.010.02.192第61页，讲稿共199张，创作于星期三第三节第三节 亲和层析亲和层析 第6

28、2页，讲稿共199张，创作于星期三一、原理一、原理v亲和力亲和力 生物分子间存在很多特异性的相互作用，如抗原抗体、酶底物或抑制剂、激素受体等，它们之间都能够专一而可逆的结合。v分离原理分离原理 通过将具有亲和力的两个分子中一个固定在不溶性基质上，利用分子间亲和力的特异性和可逆性，对另一个分子进行分离纯化。第63页，讲稿共199张，创作于星期三v重组蛋白重组蛋白 用基因工程的方法引入特殊特殊结合位点结合位点（如金属结合位点），将其加在重组目的蛋白的氨基氨基端或羧基端端或羧基端。紧邻结合位点的位置加入蛋蛋白酶切割位点白酶切割位点，以便在用亲和层析纯化之后，将多余的蛋白质片段去掉。第64页，讲稿共1

29、99张，创作于星期三 第65页，讲稿共199张，创作于星期三二、亲和层析用基质二、亲和层析用基质v具有较好较好的物理化学稳定性稳定性v能够和配体稳定的结合配体稳定的结合v结构为均匀的多孔网状多孔网状结构结构v与样品中的各个组分均没有明显的非特异性吸附没有明显的非特异性吸附 第66页，讲稿共199张，创作于星期三1 1、各类基质优缺点、各类基质优缺点优点优点缺点缺点纤维素纤维素价格低、活性基团较多非特异性吸附强、稳定性和均一性较差交联葡聚糖交联葡聚糖稳定性较好孔径较小、稳定性不好聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺同上同上琼脂糖琼脂糖琼脂糖琼脂糖非特异性吸附低、稳定性好、孔径均匀适当、宜于活化多孔玻璃多孔玻璃机

30、械强度好，化学稳定性好活性基团较少、对蛋白质有较强的吸附作用 第67页，讲稿共199张，创作于星期三2、基质的活化基质的活化v溴化氰活化v环氧乙烷基活化 指通过对基质进行一定的化学处理，使基质表面上的一些化学基团化学基团转变为易于和特定配体结合易于和特定配体结合的活性基团活性基团。第68页，讲稿共199张，创作于星期三溴化氰活化溴化氰活化 生成亚胺碳酸亚胺碳酸活性基团，它可以和伯氨(NH2)反应，主要生成异脲衍生物异脲衍生物 缺点：非特异性吸附非特异性吸附，影响亲和层析的分辨率。与配体结合不够稳定结合不够稳定 溴化氰有剧毒剧毒、易挥发易挥发，操作不便。第69页，讲稿共199张，创作于星期三环氧

31、乙烷基活化环氧乙烷基活化 活化后的基质都含有环氧乙烷基环氧乙烷基，可以结合含有伯氨基(NH2)、羟基(OH)和硫醇基(SH)等基团的配体 第70页，讲稿共199张，创作于星期三v优点优点 不引入电荷基团不引入电荷基团，与配体形成的NC、OC和SC 键都很稳定稳定，使用使用寿命长寿命长 v缺点缺点 与配体偶联时需要碱性条件碱性条件，温度为2040，对于一些比较敏感的配体可能不适用 第71页，讲稿共199张，创作于星期三多种商品化的活化基质多种商品化的活化基质 第72页，讲稿共199张，创作于星期三三、配体三、配体v与待分离的物质有适当的亲和力与待分离的物质有适当的亲和力v与待分离的物质之间的亲和

32、力要有较强的特异性与待分离的物质之间的亲和力要有较强的特异性v与基质稳定的共价结合与基质稳定的共价结合v自身应具有较好的稳定性自身应具有较好的稳定性 第73页，讲稿共199张，创作于星期三配体的分类配体的分类v特异性配体特异性配体 只与单一或很少种类的蛋白质等生物大分子结合的配体 eg.抗原和抗体、酶和它的抑制剂 v通用性配体通用性配体 特异性不是很强，能和某一类的蛋白质等生物大分子结合的配体 eg.凝集素可以结合各种糖蛋白 第74页，讲稿共199张，创作于星期三配体待纯化的蛋白质配体待纯化的蛋白质抗原特定单克隆抗体或多克隆抗体肝素凝聚因子、脂酶、结缔组织蛋白酶、DNA聚合酶单克隆抗体特定抗原

33、胆固醇胆固醇受体、胆固醇结合蛋白蛋白质A/蛋白质G免疫球蛋白脂肪酸脂肪酸结合蛋白、白蛋白蛋白酶抑制剂蛋白酶核苷酸核苷酸结合蛋白、需核苷酸的酶磷酸磷酸酶苯基硼酸盐糖蛋白三嗪染料脱氢酶、激酶、聚合酶、限制酶、干扰素凝集素糖蛋白抗生物素蛋白含生物素的酶糖凝集素、糖苷酶蛋白质亲和层析中的合适配体蛋白质亲和层析中的合适配体第75页，讲稿共199张，创作于星期三四、基本操作四、基本操作v选择适当的配体选择适当的配体v将配体固定化到基质上将配体固定化到基质上v将目的蛋白混合液加样到基质上将目的蛋白混合液加样到基质上v除去非特异性结合的蛋白质除去非特异性结合的蛋白质v洗脱纯的目的蛋白洗脱纯的目的蛋白第76页，

34、讲稿共199张，创作于星期三第77页，讲稿共199张，创作于星期三1、上样、上样v层析柱较短，通常层析柱较短，通常10cm 左右左右v样品液的浓度不宜过高样品液的浓度不宜过高v上样时流速比较慢上样时流速比较慢v样品缓冲液中有一定的的离子强度样品缓冲液中有一定的的离子强度v上样时选择适当较低的温度上样时选择适当较低的温度 第78页，讲稿共199张，创作于星期三2、洗脱、洗脱v特异性洗脱特异性洗脱 指利用洗脱液中的物质与待分离物质或与配体的亲和特性而将待分离物质从亲和吸附剂上洗脱下来。v非特异性洗脱非特异性洗脱 指通过改变洗脱缓冲液pH、离子强度、温度等条件，降低待分离物质与配体的亲和力而将待分离

35、物质洗脱下来。第79页，讲稿共199张，创作于星期三特异性洗脱特异性洗脱 第80页，讲稿共199张，创作于星期三 v优点：特异性强，可以进一步消除非特异性吸附的影响，从而得到较高的分辨率。可避免蛋白质变性v缺点：较常的时间、较大的洗脱条件。v改善方法：选择亲和力强的物质洗脱、加大洗脱液浓度 特异性洗脱特异性洗脱第81页，讲稿共199张，创作于星期三非特异性洗脱非特异性洗脱v与配体亲和力较小 连续大体积平衡缓冲液冲洗，不影响活性，但洗脱体积较大，待分离物质浓度较低。v配体结合较强时 适当的pH、离子强度洗脱，注意尽量不影响待分离物质的活性v与配体结合非常牢固时 使用较强的酸、碱或在洗脱液中加入脲

36、、胍等变性剂，使蛋白质等待分离物质变性，洗脱后再复性 第82页，讲稿共199张，创作于星期三3、吸附剂的再生和保存、吸附剂的再生和保存 v再生 用大量大量的洗脱液或较高浓度较高浓度的盐溶液洗涤，再用平衡液重新平衡 严重的不可逆吸附时，使用高浓度的盐溶液、尿素等变性剂高浓度的盐溶液、尿素等变性剂或加入适当的非专一性蛋白酶非专一性蛋白酶v保存 加入0.01%的叠氮化钠，4C 下保存 第83页，讲稿共199张，创作于星期三五、亲和层析用于蛋白质分离的实例五、亲和层析用于蛋白质分离的实例 v免疫亲和层析免疫亲和层析v凝集素和糖蛋白亲和层析凝集素和糖蛋白亲和层析v含有辅酶的酶类的亲和层析含有辅酶的酶类的

37、亲和层析v酶和蛋白类型抑制剂的亲和层析酶和蛋白类型抑制剂的亲和层析v肝素为配体的亲和层析肝素为配体的亲和层析v染料配体亲和层析染料配体亲和层析v金属螯合层析金属螯合层析第84页，讲稿共199张，创作于星期三1、免疫亲和层析、免疫亲和层析 小鼠血清不同亚型小鼠血清不同亚型IgG 的分离的分离1m1的的A蛋白蛋白Sepharose CL-4B柱用柱用1.5mol/L的甘氨酸的甘氨酸-NaOH，pH 8.9的缓冲液的缓冲液(内含内含3molL NaCl)平衡平衡 5m1小鼠血清同等体积的平衡液稀释后上柱小鼠血清同等体积的平衡液稀释后上柱 洗去不吸附的蛋白质洗去不吸附的蛋白质 用不同用不同pH的的0.

38、1mol/L柠檬酸洗脱柠檬酸洗脱 第85页，讲稿共199张，创作于星期三 第86页，讲稿共199张，创作于星期三2、凝集素和糖蛋白的亲和层析分离、凝集素和糖蛋白的亲和层析分离 凝集素凝集素是在自然界广泛存在的一大类糖结合蛋白。它们具有不同的糖结合专一性具有不同的糖结合专一性。利用天然存在的一些多糖和被固定化的不同糖链结构的糖蛋白，可以有效地分离纯化不同型的凝集素，也可应用固定化的凝集素分离纯化各种糖蛋白。第87页，讲稿共199张，创作于星期三用10mmol/L的磷酸缓冲液(pH7.0，含0.15mol/LNaCl)平衡酸处理的Sepharose6B(AT-6B)天花粉的丙酮粉制剂用平衡液抽提后

39、，上AT-6B柱洗去不吸附的杂蛋白 用0.2mol/L的半乳糖溶液洗脱花粉凝集素.用含有半乳糖的天然多糖用含有半乳糖的天然多糖-琼脂糖的交联琼脂糖的交联产物分离天花粉凝集素产物分离天花粉凝集素第88页，讲稿共199张，创作于星期三 第89页，讲稿共199张，创作于星期三.糖蛋白亲和层析糖蛋白亲和层析 不同的糖蛋白具有不同的单相组分和糖链结构，它们不同的糖蛋白具有不同的单相组分和糖链结构，它们和不同的凝集素呈现出不同的结合能力。和不同的凝集素呈现出不同的结合能力。v常用的凝集素：ConA、LCA对甘露糖专一WGA对N-乙酰氨基葡萄糖专一第90页，讲稿共199张，创作于星期三u人血色素结合蛋白人血

40、色素结合蛋白(hemopexin)的分离的分离 用50mmol/L的磷酸缓冲液，pH7.0(含0.2mol/LNaCl)平衡固定化的WGA柱离子交换层析得到含有血色素结合蛋白和转铁蛋白的级分上柱平衡液洗脱不结合在柱上的转铁蛋白 含有100mgm1N-乙酰氨基葡萄糖的平衡液洗脱血色素结合蛋白 回收率达91 第91页，讲稿共199张，创作于星期三u猪淋巴细胞质膜糖蛋白的分离猪淋巴细胞质膜糖蛋白的分离1的脱氧胆酸钠增溶膜蛋白 上固定化的LCA柱(1cm8cm)用1的脱氧胆酸钠洗涤亲和柱，除去杂蛋白 用含2-甲基甘露糖苷的1的脱氧胆酸钠洗脱膜糖蛋白第92页，讲稿共199张，创作于星期三3、含有辅酶的酶

41、类的亲和层析、含有辅酶的酶类的亲和层析 很多的酶中都含有不同类型的辅酶，最为常见的是氧化还原酶和脱氢酶含有NAD。为此用固定化的NAD可以分离不同类型的氧还酶和脱氢酶，或激酶 固定化固定化NAD柱柱 第93页，讲稿共199张，创作于星期三4、酶和蛋白类型抑制剂的亲和层析、酶和蛋白类型抑制剂的亲和层析 一些一些酶及其抑制剂间存在着非常专一的相互作用酶及其抑制剂间存在着非常专一的相互作用。一。一些酶的抑制剂被固定化以后，就可用于一些酶的分离纯化。些酶的抑制剂被固定化以后，就可用于一些酶的分离纯化。一些固定化的酶也被应用于蛋白类型的抑制剂的分离。一些固定化的酶也被应用于蛋白类型的抑制剂的分离。为了避

42、免为了避免位阻现象位阻现象，在酶类的小分子抑制剂固定化，在酶类的小分子抑制剂固定化时，常要时，常要插入一些不同长度的插入一些不同长度的“手臂手臂”，如插入，如插入8-9个原个原子子第94页，讲稿共199张，创作于星期三u胰蛋白酶抑制剂的分离纯化胰蛋白酶抑制剂的分离纯化 部分纯化的牛卵巢胰蛋白酶抑制剂牛卵巢胰蛋白酶抑制剂溶于2mlpH4.0的乙酸缓冲液 流经用同一缓冲液平衡的固定化胰蛋白酶柱固定化胰蛋白酶柱 平衡液可洗去杂蛋白 用0.1molL的HCl，pH约1.2的溶液(内含0.5molLNaCl和10mmol/LCaCl2)洗脱胰蛋白酶抑制剂 第95页，讲稿共199张，创作于星期三u大肠杆菌

43、大肠杆菌EcoPl的分离的分离 将大肠杆菌抽提液经monoQ柱和固定化的肝素柱纯化至80%纯度上用特定序列(AGACC)的寡脱氧核苷酸和溴化氰活化的交联琼脂糖偶联成的亲和层析柱用10体积平衡液(10mmol/LTris-HCl，pH7.6，0.3mol/LNaCl，lmmolLEDTA)充分洗涤用2体积的lmol/LKCl解析吸在亲和柱上的EcoP1第96页，讲稿共199张，创作于星期三5、肝素为配体的亲和层析、肝素为配体的亲和层析 肝素是蛋白聚糖中的一种肝素是蛋白聚糖中的一种，可以和许多类型的蛋白，可以和许多类型的蛋白质结合质结合。第97页，讲稿共199张，创作于星期三6、染料配体的层析、染

44、料配体的层析 v染料树脂染料树脂 不专一的亲和介质不专一的亲和介质v优点优点 稳定、和许多类型的酶结合，但又不被酶所作用、稳定、和许多类型的酶结合，但又不被酶所作用、价格低廉价格低廉 eg.Cibacron蓝蓝F3GA第98页，讲稿共199张，创作于星期三u酵母中含有酵母中含有NAD酶的分离酶的分离 面包酵母抽提液面包酵母抽提液加入硫酸铵至75饱和度，离心后，取220mg沉淀溶于10m1起始缓冲液 流经用起始缓冲液平衡的蓝色交联琼脂搪凝胶蓝色交联琼脂搪凝胶CL-4B柱柱 pH8.6的缓冲液中加入10mmol/L的NAD+洗脱甘油醛-3-磷酸脱氢酶在起始缓冲液中加入5mmol/LNAD+洗脱醇脱

45、氢酶在起始缓冲液中加入20mmolNADP+洗脱葡萄糖-6-磷酸脱氢酶洗脱液的pH升至8.6时，解析己激酶第99页，讲稿共199张，创作于星期三u碱性磷酸单酯酶的分离碱性磷酸单酯酶的分离 小牛小肠粘膜抽提液用DEAE离子交换纤维素除去部分杂蛋白酶活性的级分再上平衡的活性染料艳蓝K-GRS和交联琼脂糖4B偶联的染料层析柱平衡液洗除杂蛋白含有0.1mol/L磷酸盐的缓冲液可洗脱碱性磷酸单酯酶再吸附在活性染料Procion红HE-33与交联葡聚糖凝胶G-100偶联的基质柱上用含有0.1mol/L磷酸盐的缓冲液对缓冲液梯度洗脱，酶活性出现在5mmol/L磷酸盐浓度时回收率回收率62回收率回收率96 第

46、100页，讲稿共199张，创作于星期三7、金属螯合层析、金属螯合层析 基于蛋白质的基于蛋白质的组氨酸咪唑基组氨酸咪唑基和和半胱氨酸巯基半胱氨酸巯基能与能与铜铜、锌锌、镍离子镍离子间形成稳定的间形成稳定的螯合物螯合物而进行分离的。而进行分离的。第101页，讲稿共199张，创作于星期三u人铜锌超氧化物歧化酶的分离人铜锌超氧化物歧化酶的分离 酶纯化34倍，活力回收92酶纯化2000倍，活力回收约58人红细胞浓缩裂解液上DEAE-CL-交联琼脂糖凝胶-6B柱 纯化的酶液流经固定化的亚氨基二乙酸柱 用20mmol/L乙酸缓冲液，pH5.0洗涤层析柱 用同样浓度和同样pH的柠檬酸缓冲液洗脱人铜锌超氧化物歧

47、化酶 第102页，讲稿共199张，创作于星期三u人血浆中人血浆中2巨球蛋白巨球蛋白(2 M)的纯化的纯化 人血浆经硫酸铵分级后，取40-55的级分过Zn配位的固定化亚氨基二乙酸柱洗脱不吸附的蛋白质用20mmol/L磷酸缓冲液，150mmolLNaCl,pH5.0溶液洗脱2M第103页，讲稿共199张，创作于星期三第四节第四节 凝胶过滤凝胶过滤第104页，讲稿共199张，创作于星期三 v凝胶层析又称分子筛过滤、排阻层析等，依据是多孔的多孔的载体对不同体积和载体对不同体积和不同形状分子的排不同形状分子的排阻能力的不同阻能力的不同，从而对混合物进行分离。第105页，讲稿共199张，创作于星期三v优点

48、：优点：凝胶属于惰性载体，不带电荷，吸附力弱，操作条件比较温和，温度范围广，不需要有机溶剂，分离效果好v缺点：缺点：样品被不断稀释，上样量不能太大，否则分辨率变差第106页，讲稿共199张，创作于星期三一、原理一、原理v 凝胶是一种不带电的具有三维空间的多孔网状结构多孔网状结构的物质，每个颗粒的细微结构及筛孔的直径均匀一致，小分小分子可以进入凝胶子可以进入凝胶网孔网孔，而，而大分子则大分子则排阻于颗粒之外排阻于颗粒之外。第107页，讲稿共199张，创作于星期三v大分子物质沿凝胶颗粒间隙随洗脱液移动，流程短，移动速率快，先被洗出层析柱v小分子物质可通过凝胶网孔进入颗粒内部，然后再扩散出来，故流程

49、长，移动速度慢，最后被洗出层析柱 第108页，讲稿共199张，创作于星期三第109页，讲稿共199张，创作于星期三1、体积参数、体积参数 分子在柱中移动的速度取决于该分子在固定相和流动相间的分配系数Kd，Kd表示某一分子在特定的凝胶柱内的洗脱行为。Kd(Ve一Vo)ViVe Ve 洗脱体积洗脱体积Vo Vo 外水体积外水体积Vi Vi 内水体积内水体积第110页，讲稿共199张，创作于星期三第111页，讲稿共199张，创作于星期三vVe=Vo该成分的分子全部被排阻在凝胶颗粒的间隙中，因而洗脱速度最快。即该成分的Kd0。vViVe-Vo该成分不被排阻而可完成进入凝胶颗粒内部,因而洗脱速度最慢。即

50、该成分的Kd=l。vKd值介于0-l之间，物质的洗脱速度随其Kd值的增加而降低v一般物质的Kd值是0Kdl。洗脱行为可以有三种可能的情况:第112页，讲稿共199张，创作于星期三 凝胶Kd0Kd=l0Kd l第113页，讲稿共199张，创作于星期三2、影响分离效果的因素、影响分离效果的因素v流速v加样体积v样品浓度v离子强度第114页，讲稿共199张，创作于星期三 流速流速 v影响洗脱液流速的因素洗脱液加在柱上的洗脱液加在柱上的压力压力 为保持层析过程中恒定的压力，可使用恒压瓶。为保持层析过程中恒定的压力，可使用恒压瓶。凝胶凝胶交联度交联度凝胶凝胶颗粒大小颗粒大小 第115页，讲稿共199张，