蛋白质的理化性质与分离纯化
蛋白质的理化性质与分离纯化
生物 化学
1 理化性质
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
酸碱性质
分子量
胶体性质 紫外吸收 变性作用 化学反应
分离纯化 分析鉴定
RT Mr = lim π c→0 c
蛋白质的分子量
化学组成法 SDS-PAGE法 SDS-PAGE法 凝胶过滤法 渗透压法 沉降系数法和沉降平衡法
生物 化学
1 理化性质
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质紫外吸收
大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙 氨酸、酪氨酸和色氨酸。 氨酸、酪氨酸和色氨酸。 这三种氨基酸的在280nm 这三种氨基酸的在280nm 附近有最大 吸收，使得大多数蛋白质在280nm 吸收，使得大多数蛋白质在280nm 附近 显示强的吸收。 显示强的吸收。 利用这个性质， 利用这个性质，可以对蛋白质进行定 性鉴定。 性鉴定。
酸碱性质 分子量 胶体性质
紫外吸收
变性作用 化学反应
分离纯化 分析鉴定
生物 化学
1 理化性质
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质变性、 蛋白质变性、沉淀与凝固 蛋白质的变性作用(denaturation) 变性后的蛋白质由于疏水基团 某些物理或化学因素，： 某些物理或化学因素，破坏蛋白质的结构 变性蛋白质的性质改变： 变性蛋白质的性质改变 状态， 状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生 的暴露而易于沉淀， ，溶解度下降 物理性质：旋光性改变， ①的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白 ， 物理性质：旋光性改变 溶解度下降， 理活性丧失，称为蛋白质的变性。 理活性丧失，称为蛋白质的变性。 沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； 沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； 质不一定都是变性后的蛋白质。 质不一定都是变性后的蛋白质。 蛋白质变性的实质是次级键的断裂和重排， 蛋白质变性的实质是次级键的断裂和重排， 化学性质：官能团反应性增加， ② 化学性质：官能团反应性增加，易被 有些变性蛋白质在一定条件下还 不涉及肽键的断裂。 不涉及肽键的断裂。 蛋白酶水解。 蛋白酶水解。 引起蛋白质变性的因素 。 可以复性，是可逆变性。 生物学性质：原有生物学活性丧失， ③可以复性，是可逆变性 生物学性质：原有生物学活性丧失， 物理因素： ① 物理因素：高温、高压、紫外线、电离 抗原性改变。 抗原性改变。 高温、高压、紫外线、 加热使蛋白质变性并凝聚成块状 辐射、超声波、机械剪切等； 辐射、超声波、机械剪切等； 称为凝固。因此， 强碱、有机溶剂 化学因素：强酸、 ② 称为凝固。因此，凡凝固的蛋白质 、重 化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、 金属盐等。 金属盐等。 一定发生变性。 一定发生变性。
蛋白质的分离纯化和表征
蛋白质的分离纯化和表征
第21页
2. 盐析 在蛋白质水溶液中，加入大量高浓度强
电解质盐如硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等， 可破坏蛋质分子表面水化层，中和它们电 荷，因而使蛋白质沉淀析出，这种现象称 为盐析。
而低浓度盐溶液加入蛋白质溶液中，会 造成蛋白质溶解度增加，该现象称为盐溶。
盐析机理：破坏蛋白质水化膜，中和表面 净电荷。
灵敏度高，能检测1微克蛋白，重复性好。
蛋白质的分离纯化和表征
第48页
蛋白质纯度判定
各种层析单峰，电泳单带，双向电泳单点， 末端氨基酸测定一个，溶解度曲线单转折。
蛋白质的分离纯化和表征
第49页
盐溶盐溶—盐析
• 等电点沉淀蛋白质溶液中加入NaCl后沉淀 溶解—盐溶
• 原因？
分子在等电点时，相互吸引，聚合沉淀，加入少
许盐离子后破坏了这种吸引力，使分子分散，溶
于水中 蛋白质的分离纯化和表征
第9页
盐析 盐析（（NH4）2SO4）
• 向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质 会沉淀析出
• 原因？
蛋白质脱去水化层而聚集沉淀
蛋白质的分离纯化和表征
第46页
蛋白质含量测定Ⅱ
3．Folin-酚法（Lowry法） 蛋白质中酪氨酸或半胱氨酸，能与Folin-酚试
剂起氧化还原反应，生成蓝色化合物，500nm比 色测定。
Folin-酚试剂配制比较复杂。 4．BCA法
蛋白质还原Cu2 +成Cu+，与4,4’-二羧基-2,2’-二 喹啉（BCA）形成配合物，显紫色，比色测定。
到达最高值。
蛋白质的分离纯化和表征
第13页
三、蛋白质分离纯化普通标准
总目标：增加制品纯度或比活 1.前处理：因动/植物/细菌而异 2.粗分级分离：采取盐析/等电点沉淀/有 机溶剂分级分离等方法 3.细分级分离：采取凝胶过滤、离子交换 层析、吸附层析以及亲和层析等 4.结晶
蛋白质的分离纯化(1)
白质的净电荷为零时的pH称等电点（pI）。
蛋白质等离子点： 没有其他盐类干扰时, 蛋白质质子供体基团解离出来
的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的pH称为等 离子点。
二、蛋白质的紫外吸收性质
蛋白质溶液能吸收一定波长的紫外光，主要是由带 芳香环的氨基酸决定的。其在280nm处对紫外吸收能力 的强弱顺序为：
电
电
泳
泳
方
方
向
向
等电聚焦电泳
SDS-PAGE
双向电泳后的凝胶经染色蛋白呈现二维分布图，水平方向反映 出蛋白在pI上的差异，而垂直方向反映出它们在分子量上的差别。
所以双向电泳可以将分子量相同而等电点不同的蛋白质以及等 电点相同而分子量不同的蛋白质分开。
5.层析聚焦(P310)
是根据蛋白质的等电点差异分离蛋白质混合物的柱层析方法。
(polyacrylaminde gel electrophoresis) 电泳
PAGE
样品浓缩成很薄的起始区带（0.1mm）
它以聚丙烯酰胺 凝胶为支持物，一般 制成凝胶柱或凝胶板 （不连续体系）。
浓缩胶 分离胶
凝胶的浓度（孔径大小）、 缓冲液组分和离子强度、 pH以及电场强度都是不同的
分离成单区带
依次洗脱收集后， 通过紫外吸收法测定吸 收峰。
这样大小不同的蛋白 质就被分离开来了。
（二）根据蛋白质溶解度不同的纯化方法
（蛋白质的胶体和沉淀性质）
主要方法： 1：等电点沉淀和PH值控制 2：蛋白质的盐溶和盐析 3：有机溶剂分级分离法 4：改变温度
1.等电点沉淀和PH值控制
即在不改变其它条件的情况下，PH处于等电点时的蛋白质 溶解度达到最低点。而位于等电点两侧的PH条件下蛋白质的溶
简述一般根据蛋白质的哪些性质分离、纯化蛋白质
离子交换层析 带正电的离子交换树 脂结合带负电的蛋白。
（四）利用选择性吸附的纯化 方法
疏水作用层析是根据蛋白质表面的疏 水性差别。
在疏水作用层析中，不是暴露的疏 水基团促进蛋白质与蛋白质之间的相互 作用，而是连接支持介质(如琼脂糖)上 的疏水基团与蛋白质表面上暴露的疏水 基团结合。
由于疏水作用层析要求盐析化合物 如硫酸铵的存在以促进蛋白质分子表面 的疏水区暴露。为使吸附达到最大，可
电泳法原理
2、离子交换层析法
蛋白质对离子交换剂的结合力取 决于彼此间相反电荷基团的静电吸引， 而这和溶液的pH有关，离子交换剂有阳 离子交换剂 （羧甲基纤维素 ）和阴离子 交换剂（二乙氨基乙基纤维素 ），当被 分离的蛋白质溶液流经离子交换层析柱 时，带有与离子交换剂相反电荷的蛋白 质被吸附在离子交换剂上，随后用改变 pH或离子强度办法将吸附的蛋白质洗脱 下来。
（2）pH值带净电荷越多，它的溶解度就越大。改 变pH值可改变蛋白质的带电性质，因而就改 变了蛋白质的溶解度。远离等电点处溶解度 大，在等电点处溶解度小，因此用中性盐沉淀 蛋白质时，pH值常选在该蛋白质的等电点附 近。用稀酸或稀碱提取时，应防止过酸或过碱 而引起蛋白质可解离基团发生变化，从而导致 蛋白质构象的不可逆变化，一般来说，碱性蛋 白质用偏酸性的提取液提取，而酸性蛋白质用 偏碱性的提取液。
超滤技术的应用 有很好的前景，应引 起足够的重视。
2、密度梯度（区带）离心
蛋白质沉降不仅决定于它的大小，而且也 取决于它的密度。蛋白质颗粒在具有密度梯度 的介质中离心时，质量和密度大的颗粒比质量 和密度小的颗粒沉降的快，并且每种蛋白质颗 粒沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时， 即停止不前，前后各种蛋白质在离心管中被分 离成各自独立的区带。
蛋白质分离纯化原理
蛋白质分离纯化原理
蛋白质分离纯化的原理主要基于其在溶液中的物理化学性质的差异。
以下是几种常见的蛋白质分离纯化方法及其原理：
1. 溶液pH调节：许多蛋白质在不同pH值下的带电性质不同，可以利用溶液pH的调节来使具有不同电荷的蛋白质发生电离，从而实现分离纯化。
例如，利用离子交换层析法，可以根据蛋白质的带电性质来选择性地吸附和洗脱目标蛋白质。
2. 亲和层析法：某些蛋白质具有与特定小分子结合的能力，可以利用这种亲和性质来实现蛋白质的分离纯化。
常见的亲和层析包括亲和吸附、亲和洗脱和竞争洗脱等步骤。
例如，利用亲和层析柱上特异性结合靶蛋白质的配体，可以选择性地富集和纯化目标蛋白质。
3. 分子量筛选：利用蛋白质的分子量差异进行分离纯化。
常见的方法包括凝胶过滤层析（Gel filtration chromatography）和凝胶电泳（Gel electrophoresis）。
在凝胶过滤层析中，根据蛋白
质的分子量大小，通过孔径大小不同的凝胶来分离不同大小的蛋白质。
而在凝胶电泳中，蛋白质会受到电场的作用而迁移，根据蛋白质在凝胶中的迁移速率和电荷大小来分离不同的蛋白质。
4. 溶剂萃取：利用不同溶剂对蛋白质的亲水性和亲油性差异进行分离的方法。
例如，利用氯仿和甲醇的溶解性差异，可以将蛋白质从溶液中提取至有机相中。
5. 冷沉淀：利用低温和高盐浓度的方法使蛋白质从溶液中沉淀出来。
具有固定温度和浓度阈值的蛋白质会在特定条件下沉淀而分离纯化。
生物化学 第7章 蛋白质理化性质及其分离纯化
蛋白质的沉淀可分为
不变性沉淀∶用于分离活性的天然蛋白质产品。 如：酶、抗体等。
变性沉淀∶用于生物制品中除去蛋白质。
变性后的蛋白质由于 疏水基团的暴露而易 于沉淀，但沉淀的蛋 白质不一定都是变性 后的蛋白质。
变性不一定沉淀，沉淀也不一定变性
使蛋白质沉淀的方法
1. 等电点沉淀 2. 盐析 3. 有机溶剂沉淀 4. 重金属盐沉淀 5. 生物碱试剂沉淀 6. 热变性沉淀
去除尿素 β-巯基乙醇
有活性
无活性
/biochemistry/gif/1.jpg
P300
四、蛋白质的沉淀
当破坏了维持蛋白质胶体稳定的水化膜和表面
电荷，蛋白质胶体失去稳定性，从溶液中析出，这 种现象称为蛋白质的沉淀（precipitation）。
应用:
（1）蛋白质分离纯化 （2）解毒 （3）临床检验 （4）低温贮存
根据蛋白质电离性质，可利用电泳的实 验方法，将蛋白质进行分离、纯化和鉴 定。
电泳（electrophosesis) 带电粒子在电场中向电性相反的电
极移动的现象。
蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳 现象。
电泳（electrophosesis)
二、蛋白质的胶体性质
真溶液的溶质分子的颗粒大小<1nm； 胶体溶液中溶质分子的颗粒大小在1-100nm； 蛋白质分子的相对分子量在1-100万，其颗粒大
盐析（NH4）2SO4
盐析
向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会 沉淀析出
蛋白质分子表面的疏水区域，聚集了许多水分子，高 盐浓度使水化层被破坏，暴露出的疏水区域，它们发 生相互作用而沉淀
蛋白质是两性电解质。在溶液中的带 电状况主要取决于溶液的pH值。
蛋白质的理化性质及分离分析
食品加工，消毒灭菌等； 非蛋白生物物质提取纯化，终止酶促反应；
生产生活中不利的一面：
活性蛋白制品（酶、抗体）的分离提取和保存；
四、蛋白质的沉淀作用
1. What’s precipitation of protein?
外加一些因素去除蛋白质胶体的稳定因素后，使蛋 白质分子相互聚集而从溶液中析出的现象称为沉淀 （precipitation）。 变性后的蛋白质由于疏水 基团的暴露而易于沉淀， 但沉淀的蛋白质不一定都 是变性后的蛋白质。
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
（1）盐析—中性盐沉淀
What’s salt precipitation of protein?
盐溶作用 盐析作用
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
（1）盐析—中性盐沉淀
What’s salt precipitation of protein? 定义：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以 破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中 沉淀析出，称为盐析（salt precipitation）。 作用机制: 中和电荷的同时破坏水化膜;
蛋白质的理化性质 及分离分析
蛋白质的理化性质
一、两性性质及等电点 二、胶体性质 三、变性与复性作用 四、蛋白质的沉淀作用 五、沉降作用 六、蛋白质的颜色反应 七、蛋白质的紫外吸收性质
一、蛋白质的两性解离与等电点
蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的 氨基和羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两 性解离性质，具有特定的等电点（pI）。
沉降速度法测定分子量的原理； 梯度离心分离蛋白质（氯化铯）；
六、蛋白质的颜色反应
1. 双缩脲反应 2. 茚三酮反应 3. 考马斯亮蓝G250 4. 福林酚试剂反应 5. 黄色反应--芳香族氨基酸的特有反应 6. 米伦氏反应—酪氨酸的特有反应 7. 乙醛酸反应—色氨酸的特有反应 8. 坂口反应—精氨酸特有的反应
蛋白质分离纯化的技术
蛋白质分离纯化的技术前言蛋白质是生物体内非常重要的大分子有机物质，具有各种生物学功能，如结构支持、催化反应、传递信息、运输物质及免疫防御。
而蛋白质的研究和应用，早已成为生命科学的热门领域。
然而，大多数生物体中的蛋白质都混杂着众多的其他大分子物质，为了研究或应用某种特定蛋白质，就需要将它从其它物质中分离纯化出来。
今天我们就要来讲一讲蛋白质分离纯化的技术。
一、蛋白质分离的基本原理蛋白质分离的基本原理是利用不同的性质来分离具有不同特性的蛋白质。
蛋白质的各种性质包括分子大小、分子形状、电荷、亲疏水性、氨基酸序列等。
根据这些不同的性质，分别选择不同的分离纯化方法，可以实现不同程度的分离纯化效果。
二、蛋白质分离纯化技术的分类根据分离方式的不同，蛋白质分离纯化技术可以分为以下几类：1. 分子筛层析：分子筛层析是根据蛋白质的分子大小、形状来进行分离，其原理是在一定的缓冲液中，将特定孔径大小的陶瓷或聚合物微球填充进层析柱，根据蛋白质的分子大小，从层析柱中流出不同的蛋白质。
这种方法可以使蛋白质得到较好的分离纯化，但需要考虑蛋白质的保护。
2. 表面等电聚焦（IEF）：表面等电聚焦是根据蛋白质的等电点来进行分离，其原理是在聚丙烯酰胺凝胶电泳板上加上一组垂直于电泳方向的电场，在酸性一端放置一种酸性缓冲液，碱性一端放置一种碱性缓冲液，中间分别加入样品，蛋白质会在等电点处停留，使得不同等电点的蛋白质得到了分离和收获。
这种方法可以进行多品种、高分辨率的蛋白质分离。
3. 亲和层析：亲和层析是根据蛋白质与其他化合物的特异性相互作用进行分离，其原理是特定的化合物置于层析柱中，当特定的蛋白质与化合物结合时，蛋白质就可以纯化出来。
如在层析柱中放入钙离子，就可以纯化出骨钙蛋白，并且可以通过控制钙离子浓度来实现蛋白质的分离。
4. 透析：透析是将样品分子分离于透析膜之内或之外的方法。
通常将混合物放置于透析袋内，在培养基、缓冲液等适当环境中，透析袋内的小分子会从透析膜渗透出去，而较大的蛋白质则被留在透析袋内。
蛋白质分离和纯化技术的研究和应用
蛋白质分离和纯化技术的研究和应用蛋白质是生物体内最基本的分子，其担负着细胞结构与功能、物质转运、信号传递等重要生理功能。
由于生物样品中蛋白质种类众多、含量差异较大，为了深入揭示蛋白质的生物学功能和结构特性，必须对蛋白质进行精确分离和纯化。
本文将介绍蛋白质分离和纯化技术的研究和应用。
一、蛋白质分离技术蛋白质分离是指将复杂的蛋白质混合物进行分离，得到不同种类的纯化蛋白质的过程。
在蛋白质分离的基础上，再进行进一步纯化，能够更好地揭示蛋白质的生物学特性。
（一）凝胶电泳凝胶电泳是当前最常用的蛋白质分离技术之一。
它基于蛋白质的电荷、大小、形状和亲疏水性等性质，利用电场将蛋白质分子沿着凝胶移动，实现分子大小的分离。
凝胶电泳具有分离效果好、操作简单易行、样品消耗量小以及可视化等优点。
（二）液相色谱液相色谱（Liquid chromatography）是一种通过化学亲和性、分子大小、极性与非极性等属性分离物质的分离技术。
常用的液相色谱有透析液相色谱、醚基、硅烷基、反相、离子交换、凝胶过滤等类型。
其中反相色谱在蛋白质分离中尤为重要，它基于不同蛋白质在疏水性基质表面的分配系数不同，以蛋白质的亲水性为基础进行分离。
二、蛋白质纯化技术蛋白质纯化是指在获得蛋白质的基础上，通过不同的纯化技术去除其中的杂质，得到纯度高的蛋白质分子。
蛋白质的纯化技术主要分为两类：非特异性纯化和特异性纯化。
（一）非特异性纯化非特异性纯化是指利用物理化学性质对样品进行分步纯化，将目标分子与混杂物质逐步分离开来的方法。
常用的非特异性纯化技术有盐析、凝胶过滤和透析等。
其中，盐析技术是常用的一种非特异性纯化技术，它利用富集目标蛋白质对盐的结合能力高于混杂蛋白质的特性，将混杂蛋白质和目标蛋白质分离。
（二）特异性纯化特异性纯化是指通过蛋白质与配体、抗体等生物学活性团之间的特异作用进行分离纯化的方法。
常用的特异性纯化技术包括亲和层析、免疫亲和层析等。
其中，亲和层析是一种重要的特异性纯化技术，它通过识别目标蛋白质与固定于固相材料上的亲和基团之间的特异性互作来分离纯化蛋白质。
蛋白质的理化性质和分离纯化
一、蛋白质的两性电离
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，
氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条
件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成 正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电 荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。
名词解释
等电点（pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 蛋白质变性与复性 分子病 肽 一级结构 结构域
三、是非题 1.构成蛋白质的20种基本氨基酸除脯氨酸外，在结 构上的共同点是与羧基相邻α-碳原子上都有一个氨 基。( ) 2.一个氨基酸在水溶液中或固体状态时是以两性离 子形式存在。( ) 3. .构型的改变必须有旧共价键的破坏和新共价键的 形成，而构象的改变则不发生此变化。( ) 4.肽的命名是从肽链的游离氨基开始的。( ) 5.蛋白质分子中肽链能自由旋转。( ) 6.所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构。.( )
（二）蛋白质的胶体性质
蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自
1 万 至 100 万 之 巨 ， 其 分 子 的 直 径 可 达 1 ～
100nm，为胶粒范围之内。
* 蛋白质胶体稳定的因素 颗粒表面电荷
水化膜
水化膜
+ + + + + + +
带正电荷的蛋白质 脱水作用
酸 碱 在等电点的蛋白质 脱水作用 碱
术。
（四）层析
层析(chromatography)分离蛋白质的原理 待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固 态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋
蛋白质的分离、纯化
胰岛素的分离纯化
胰岛素是一种由胰腺分泌的激素， 具有降低血糖的作用。胰岛素的 分离纯化通常采用离子交换色谱
和结晶法。
胰岛素的分离纯化对于治疗糖尿 病具有重要意义。纯化的胰岛素 可以用于注射，帮助糖尿病患者
控制血糖水平。
在胰岛素的分离纯化过程中，需 要特别注意避免蛋白质的聚集和 变性，以确保产品的安全性和有
利用半透膜，根据不同物质之间的分 子大小和形状差异进行分离。
色谱分离
利用不同物质在固定相和流动相之间 的吸附、分配等作用力差异进行分离。
蛋白质的纯度鉴定
化学分析
电泳分析
利用蛋白质中的特定化学基团进行定量分 析，如测定氨基酸组成和序列、测定肽键 等。
利用不同蛋白质在电场中的迁移率差异进 行分离，再通过染色或放射自显影等技术 进行检测。
有机溶剂沉淀法
利用有机溶剂降低水的介电常数，使 蛋白质发生沉淀。常用的有机溶剂有 乙醇、丙酮等。
离心法
高速离心法
利用高速旋转产生的离心力使溶液中 的悬浮颗粒沉降，从而实现蛋白质的 分离。
超速离心法
在高速离心的基础上，利用密度梯度 离心技术，将不同密度的蛋白质进行 分离。
膜分离法
微滤
利用微孔滤膜，将溶液中的悬浮颗粒和微生物截留，从而实现蛋白质的分离。
蛋白质在水中的溶解度 受pH、离子强度、温度 等因素影响。不同蛋白 质具有不同的溶解度。
蛋白质的分离纯化方法
沉淀法
利用蛋白质的溶解度差异，通过改变 某些条件（如pH、离子强度、温度 等）使蛋白质沉淀析出。
离心分离
利用离心机的高速旋转产生的离心力， 根据不同物质之间的密度和沉降系数 差异进行分离。
膜分离
血红蛋白的分离纯化通常采用色谱技术，如凝胶过滤色谱和离子交换色谱。这些技术可以根据蛋白质 的大小、电荷和疏水性等性质进行分离。
蛋白质分离纯化的一般原则
蛋白质分离纯化的一般原则蛋白质是生物体内重要的功能分子，它们在细胞的结构和功能中扮演着重要角色。
蛋白质的纯化和分离是研究蛋白质结构和功能的基础。
本文将介绍蛋白质分离纯化的一般原则和方法。
蛋白质分离纯化的一般原则是根据蛋白质的物理化学性质进行选择性分离。
蛋白质具有不同的分子量、电荷、溶解性、亲疏水性等特性，可以通过这些特性来实现蛋白质的分离纯化。
蛋白质分离纯化的第一步是提取蛋白质。
提取蛋白质的方法有多种，常见的包括机械破碎、超声波破碎、溶剂提取等。
提取蛋白质的目的是将其从细胞或组织中释放出来，为后续的分离纯化步骤做准备。
蛋白质的分离纯化可以通过多种方法来实现。
其中最常用的方法是色谱技术。
色谱技术基于蛋白质的物理化学性质，将混合溶液中的蛋白质分离开来。
常见的色谱技术包括凝胶过滤色谱、离子交换色谱、亲和色谱、逆相色谱等。
凝胶过滤色谱是一种基于蛋白质分子量的分离方法。
其原理是通过孔径大小选择性地分离不同分子量的蛋白质。
凝胶过滤色谱常用于蛋白质的初步分离和浓缩。
离子交换色谱是一种基于蛋白质电荷的分离方法。
其原理是通过蛋白质与离子交换基质之间的相互作用来实现分离。
离子交换色谱可以根据蛋白质的电荷性质选择性地分离不同电荷的蛋白质。
亲和色谱是一种基于蛋白质与亲和基质之间的特异性相互作用来实现分离的方法。
亲和色谱可以利用蛋白质与亲和基质之间的特异性结合，选择性地分离目标蛋白质。
逆相色谱是一种基于蛋白质亲疏水性的分离方法。
其原理是利用蛋白质与逆相基质之间的亲疏水作用来实现分离。
逆相色谱可以根据蛋白质的亲疏水性选择性地分离不同性质的蛋白质。
还有一些其他的蛋白质分离纯化方法，如电泳、超高速离心、超滤等。
这些方法在特定的实验条件下可以实现蛋白质的分离纯化。
蛋白质分离纯化的一般原则是根据蛋白质的物理化学性质进行选择性分离。
通过选择合适的分离纯化方法，可以有效地分离出目标蛋白质，并去除其他杂质。
蛋白质的纯化程度越高，其质量和活性也就越好，对于后续的研究和应用具有重要意义。
蛋白质的理化性质和分离纯化
（二）丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀
*使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行， 丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白 质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以 外，也可用乙醇沉淀。
*盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠 或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面 电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质 沉淀。
❖ 4.肽的命名是从肽链的游离氨基开始的。( )
❖ 5.蛋白质分子中肽链能自由旋转。( )
❖ 6.所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构。.( )
❖ 7.蛋白质在pl时其溶解度最小。( ) ❖ 8.pH2.3时，所有氨基酸都带正电荷。.( ) ❖ 9.SDS—PAGE中,肽链越长，结合的SDS分子越多，
（四）蛋白质的紫外吸收
由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸 和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收 峰 。 蛋 白 质 的 OD280 与 其 浓 度 呈 正 比 关 系 ， 因 此可作蛋白质定量测定。
（五）蛋白质的呈色反应
⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction)
蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚 三酮反应。
❖ 7.肽键在下列哪个波长具有最大光吸收？（ ） ❖ (A）215nm （B）260nm （C）280nm （D）340nm
（E）以上都不是 ❖ 8.有一多及经酸水解后产生等摩尔的Lys、Gly和Ala。如用胰蛋白酶水解
该肽，仅发现有游离的Gly和一种二肽。下列多肽的一级结构中，哪一个 符合该肽的结构？（ ）
❖ 3.肽链中,共有______个原子同在一个肽平面上。
❖ 4.β-折叠结构的氢键是由邻近两条肽链中一条的______基因 与另一条的_____基之间所形成。
8-蛋白质化学6-理化性质与分离分析
蛋白质的理化性质、测定及分离纯化一、蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质及应用●蛋白质分子量大，是一种胶体溶液；●具有特定的空间构象，分子量一定→分子筛层析；●在大部分pH条件下，蛋白质分子同时存在两种电荷→等电点沉淀，盐溶，盐析，电泳，离子交换层析等；●一般而言，蛋白质分子上同时存在疏水和亲水区域→有机溶剂沉淀，疏水层析(反相层析)。
蛋白质的胶体性质蛋白质分子量大，介于一万到百万之间，故其分子的大小已达到胶粒1-100 nm 范围之内。
球状蛋白质的表面多亲水基团，具有强烈吸引水分子的作用，使蛋白质分子表面常为多层水分子所包围--水化膜，从而阻止蛋白质颗粒的相互聚集。
与低分子物质相比，蛋白质分子扩散速度慢，不易透过半透膜，粘度大，在分离提纯蛋白质过程中，可以利用蛋白质的这一性质，将混有小分子杂质的蛋白质溶液置于半透膜制成的透析袋或管内，浮于流动水或适宜的缓冲液中，小分子杂质皆易从袋中透出，保留了比较纯的蛋白质--透析(dialysis)。
颗粒大小：在1-100 nm之间，属胶体，因此溶于水，成为亲水胶体。
稳定亲水胶体的因素：水化膜、表面电荷相同不通透性：半透膜(semipermeable membrane)蛋白质溶液是一种分散系统，蛋白质分子颗粒是分散相，水是分散介质。
分散相质点小于1 nm为真溶液，大于100 nm为悬浊液，介于1-100 nm为胶体溶液。
透析即用半透膜（透析袋）将大分子蛋白质分离出来。
在生物大分子制备过程中除去盐、少量有机溶剂、生物小分子杂质和浓缩样品，透析法最简便。
●透析时，小于MWCO（截留分子量）的分子在透析膜二边溶液浓度差产生的扩散压作用下渗过透析膜，其速度与浓度梯度、膜面积及温度成正比。
欲快速透析可采用直径较小的透析袋以增加膜面积。
常用温度：4℃，升温、更换袋外透析液或用磁力搅拌器，均能提高透析速度。
蛋白质大分子溶液在一定溶剂中超速离心时可发生沉降。
沉降速度与向心加速度之比值即为蛋白质的沉降系数S。
蛋白质的分离与纯化
蛋白质分离纯化的技术流程
蛋白质的分离：利用蛋白质的物理性质和化学性质进行分离，如离心、过滤、沉淀等。
蛋白质的纯化：通过一系列的层析技术、电泳技术等，将蛋白质从复杂的混合物中分离 出来，得到高纯度的蛋白质。
蛋白质的检测：利用蛋白质的生物活性或化学性质进行检测，如免疫分析、质谱分析等。
蛋白质的保存：将分离纯化后的蛋白质进行适当的保存，如低温、干燥等，以保持其生 物活性和稳定性。
蛋白质的稳定性和活性：在分离和纯化过程中，如何保持蛋白质的稳定性和活性是一个重要的问题。一些物理和化学因素可能会导致 蛋白质变性或失活，从而影响其结构和功能。
生物安全和伦理问题：在分离和纯化过程中，需要考虑生物安全和伦理问题。例如，某些病毒或细菌可能会污染蛋白质样 品，因此需要采取适当的措施来确保样品的安全性。同时，在研究过程中也需要遵守伦理规范，确保研究符合道德要求。
步骤：平衡、上 样、洗脱、再生
优点：分辨率高、 分离效果好
疏水相互作用色谱法
原理：利用蛋白质的疏水性差异进行分离
填料：疏水性配基附着在硅胶或琼脂糖颗粒上 操作条件：通过改变流动相的离子强度或极性，选择性地对蛋白质进行洗 脱 应用：适用于蛋白质的精细分离纯化，特别是那些具有强疏水性的蛋白质
亲和色谱法
蛋白质的分离技术
沉淀法
原理：通过改变蛋白质的溶解度或带电状态，使其从溶液中析出 方法：包括盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法等 优点：操作简单、成本低 缺点：可能会产生大量杂质，影响蛋白质的纯度
离心分离法
原理：利用离心机的高速旋转产生 的离心力使不同密度的蛋白质分离
优点：操作简便，分离效果好
在农业领域的应用
提高农产品品质和产量 培育抗逆性强的新品种 促进植物生长和发育 增强植物抗病虫害能力
试述蛋白质分离纯化的原理与方法
试述蛋白质分离纯化的原理与方法蛋白质是生物体中最重要的分子之一，它们在维持生命活动中扮演着关键的角色。
蛋白质分离纯化的目的是将目标蛋白质从混合物中提取出来，并去除其他不需要的杂质。
本文将介绍蛋白质分离纯化的原理和常用方法。
蛋白质分离纯化的原理主要基于蛋白质间的差异性。
根据不同的性质，如分子质量、电荷、疏水性等，可以采用不同的方法进行分离纯化。
以下是常用的蛋白质分离纯化方法：1.等电聚焦（isoelectric focusing）：该方法基于蛋白质在不同pH条件下的电荷差异进行分离。
通过在一个pH梯度中施加电场，蛋白质会在电场的作用下聚集在其等电点（pI）附近，从而实现分离纯化。
2.非变性凝胶电泳（non-denaturing gel electrophoresis）：该方法是一种较为粗略的分离纯化方法，通过基于蛋白质的分子质量进行分离。
常见的非变性凝胶电泳方法包括聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE）和琼脂糖凝胶电泳（agarose gel electrophoresis）。
3.变性凝胶电泳（denaturing gel electrophoresis）：与非变性凝胶电泳相比，变性凝胶电泳在分离蛋白质时去除了二级结构和三级结构的影响，使蛋白质只以其分子质量差异进行分离。
SDS-PAGE是最常用的变性凝胶电泳方法之一，它利用SDS （十二烷基硫酸钠）将蛋白质变性，并在凝胶中形成等电点电泳进而进行分离。
4.柱层析（chromatography）：柱层析是一种基于蛋白质在固定相上的亲和力、大小、电荷等性质差异进行分离的方法。
常见的柱层析方法包括凝胶层析、离子交换层析、亲和层析和凝胶过滤层析等。
5.亲和纯化（affinity purification）：该方法利用目标蛋白与特定亲和剂之间的特异性相互作用进行分离。
通过将亲和剂固定在固定相上，然后将混合物经过固定相，目标蛋白会与亲和剂结合，其他杂质则被洗脱。
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生物 化学
1 理化性质
分离纯化
(1) (2)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质电泳 蛋白质电泳 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE) 在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子 在等电点偏碱性溶液中，(SDS蛋白质电泳 使用含有一种去污剂十二烷基硫酸钠 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE) (PAGE)是一种利 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)是一种利 带负电荷，在电场中向正极移动； 带负电荷，在电场中向正极移动；在等
生物 西北农林科技大学 化学
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第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
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生物 化学
1 理化性质
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第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质的酸碱性质和等电点
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酸碱性质
分子量 胶体性质 紫外吸收 变性作用 化学反应
分离纯化 分析鉴定
生物 化学
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
选择性沉淀蛋白质的方法 ： 1 理化性质 ①盐析法: 大量的中性盐[(NH4)2SO4、Na2SO4、 NaCl]，使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀。 (1) 酸碱性质 蛋白质的胶体性质与蛋白质沉淀 ②有机溶剂沉淀法： 破坏水化膜，降低介电常数， (2) 分子量 蛋白质分子直径在1 100nm 之间， nm之间 蛋白质分子直径在 1-100nm 之间 ， 在水溶液 PEG、丙酮、乙醇等 (3) 胶体性质 中具有胶体溶液的通性（布朗运动，丁达耳现象， 中具有胶体溶液的通性（布朗运动，丁达耳现象， ③重金属盐沉淀：pH＞pI时带负电荷，与重金属 pH pI (4) 紫外吸收 不能通过半透膜） 不能通过半透膜） 离子（Hg2+、Pb2+、Cu2+ 等）结成不溶性沉淀 稳定蛋白质胶体溶液的主要因素有： 稳定蛋白质胶体溶液的主要因素有： (5) 变性作用 水化膜； 同种电荷的互相排斥； ①水化膜； ②同种电荷的互相排斥； ③布郎 ④生物碱试剂和某些酸类沉淀法：pH小于等电时， (6) 化学反应 运动 蛋白质带正电荷，易与生物碱试剂和酸类的负离 分离纯化 蛋白质的沉淀作用是指改变溶液的条件， 蛋白质的沉淀作用是指改变溶液的条件，影 子生成不溶性沉淀。生物碱试剂：单宁酸、苦味 响蛋白质的溶解性，使其从溶液中沉淀出来。 响蛋白质的溶解性，使其从溶液中沉淀出来。 分析鉴定 酸、钨酸。酸类：三氯乙酸、磺基水杨酸。 ⑤加热变性沉淀。 ⑥等电点沉淀法
酸碱性质 分子量 胶体性质
紫外吸收
变性作用 化学反应
分离纯化 分析鉴定
生物 化学
1 理化性质
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质变性、 蛋白质变性、沉淀与凝固 蛋白质的变性作用(denaturation) 变性后的蛋白质由于疏水基团 某些物理或化学因素，： 某些物理或化学因素，破坏蛋白质的结构 变性蛋白质的性质改变： 变性蛋白质的性质改变 状态， 状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生 的暴露而易于沉淀， ，溶解度下降 物理性质：旋光性改变， ①的暴露而易于沉淀，但沉淀的蛋白 ， 物理性质：旋光性改变 溶解度下降， 理活性丧失，称为蛋白质的变性。 理活性丧失，称为蛋白质的变性。 沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； 沉降率升高，粘度升高，光吸收度增加等； 质不一定都是变性后的蛋白质。 质不一定都是变性后的蛋白质。 蛋白质变性的实质是次级键的断裂和重排， 蛋白质变性的实质是次级键的断裂和重排， 化学性质：官能团反应性增加， ② 化学性质：官能团反应性增加，易被 有些变性蛋白质在一定条件下还 不涉及肽键的断裂。 不涉及肽键的断裂。 蛋白酶水解。 蛋白酶水解。 引起蛋白质变性的因素 。 可以复性，是可逆变性。 生物学性质：原有生物学活性丧失， ③可以复性，是可逆变性 生物学性质：原有生物学活性丧失， 物理因素： ① 物理因素：高温、高压、紫外线、电离 抗原性改变。 抗原性改变。 高温、高压、紫外线、 加热使蛋白质变性并凝聚成块状 辐射、超声波、机械剪切等； 辐射、超声波、机械剪切等； 称为凝固。因此， 强碱、有机溶剂 化学因素：强酸、 ② 称为凝固。因此，凡凝固的蛋白质 、重 化学因素：强酸、强碱、有机溶剂、 金属盐等。 金属盐等。 一定发生变性。 一定发生变性。
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1 理化性质
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酸碱性质
分子量
胶体性质 紫外吸收 变性作用 化学反应
分离纯化 分析鉴定
RT Mr = lim π c→0 c
蛋白质的分子量
化学组成法 SDS-PAGE法 SDS-PAGE法 凝胶过滤法 渗透压法 沉降系数法和沉降平衡法
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1 理化性质
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第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质紫外吸收
大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙 氨酸、酪氨酸和色氨酸。 氨酸、酪氨酸和色氨酸。 这三种氨基酸的在280nm 这三种氨基酸的在280nm 附近有最大 吸收，使得大多数蛋白质在280nm 吸收，使得大多数蛋白质在280nm 附近 显示强的吸收。 显示强的吸收。 利用这个性质， 利用这个性质，可以对蛋白质进行定 性鉴定。 性鉴定。
酸碱性质 分子量 胶体性质 紫外吸收 变性作用
化学反应
分离纯化 分析鉴定
生物 化学
1 理化性质
分离纯化
(1) (2)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
生物组织 前 4、浓缩与保存 1、前处理： 2、粗分级溶 解、差速离心 、 粗分级： 处 前处理： 破碎、 破碎、 ： 浓缩方法： 浓缩方法： 理 ①将组织和细胞破碎 细分级： 3、细分级： 一般用选择性沉淀法。 保存方法： 一般用选择性沉淀法。 保存方法： 无细胞提取液 动物组织和细胞：NH4） 电动捣碎机、匀浆器、 动物组织和细胞（NH4）2SO4分级沉淀法、超 ：电动捣碎机、匀浆器 粗 透析除盐 ① ① 晶体保存： ①晶体保存： 声波处理植物组织和细胞：石英砂+提取液 声波处理植物组织和细胞：石英砂 提取液， 分 分离纯化蛋白质的一般原则 提取液， 盐析） （盐析） 选择性沉淀法 G-25凝胶过滤除盐 ②sephdex G-25凝胶过滤除盐 结晶过程本身也伴随着一定程度的提纯。 结晶过程本身也伴随着一定程度的提纯。能否 离 研磨、 研磨、 纤维素酶处理 ②等电点选择性沉淀法 分离和纯化蛋白质就是要增加制品的 层析法：凝胶过滤层析、离子交换层析、 层析法：凝胶过滤层析、离子交换层析、吸 结晶不仅是纯度的一个指标， 结晶不仅是纯度的一个指标，也是判断制品是 细菌：超声波震荡、与砂研磨、高压挤压、 细菌：超声波震荡、与砂研磨、高压挤压、 ③有机溶剂分级沉淀法 纯度或比活性。 纯度或比活性。 附层析、亲和层析、 附层析、亲和层析、疏水层析 否有活性的指标。纯度越高，溶液越浓， 否有活性的指标。纯度越高，溶液越浓，越容 溶菌酶处理（分解肽聚糖） 粗分级、细分吸附 分解肽聚糖） 亲和 、 溶菌酶处理（离子交 前处理、粗分级疏水 电泳 自由界面电泳、区带电泳（ 一般流程为： 凝胶 区带电泳（凝胶 一般流程为：前处理、 电泳法： ④热处理选择性沉淀法 电泳法 易结晶。 易结晶。：自由界面电泳、 换层析 层析 ②差速离心法收集细胞的某一组分 层析 层析 过滤 电泳、滤纸和薄膜电泳、粉末电泳、。 电泳、滤纸和薄膜电泳、粉末电泳、 结晶方法：使溶液略处于过饱和状态。降低温 结晶方法：使溶液略处于过饱和状态细丝电 细 级、浓缩与保存 ⑤生物碱或三氯乙酸选择性 在不同离心力下沉降的细胞组分 分 盐析、加有机溶剂、调节、双向电泳 。 沉淀法 泳等）、盘状电泳、等电聚焦、 ）、盘状电泳 泳等）、盘状电泳、等电聚焦pH 接入晶种。 pH、 度、盐析、加有机溶剂、调节pH、接入晶种 离如果提取膜蛋白： ③如果提取膜蛋白： 离心法： 离心法：密度梯度离心 冻干粉保存： ②冻干粉保存： 超声波或去污剂使膜解聚， 超声波或去污剂使膜解聚，然后用适当的介 精制后蛋白质保存 溶液保存： ③溶液保存： 质提取。 质提取。 加入抗冻剂（50%甘油 甘油） 20～ 70℃保存 保存。 加入抗冻剂（50%甘油）后-20～-70℃保存。
原则
方法
分析鉴定
生物 化学
1 理化性质
分离纯化
(1) (2)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
蛋白质分离纯化常用方法的依据
根据蛋白质的溶解度分离 根据电荷差异分离 根据分子大小分离 根据配体特性异性分离 选择性吸附分离（物理吸附） 选择性吸附分离（物理吸附） 根据疏水性的差异
原则
方法
①利用差异 ② ③ ④ ⑤
酸碱性质 分子量 胶体性质 紫外吸收
变性作用
化学反应
分离纯化 分析鉴定
生物 化学
1 理化性质
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
第四节 蛋白质的理化性质 及其分离纯化
化学反应
黄色反应，由硝酸与氨基酸的苯基（酪 黄色反应， 由硝酸与氨基酸的苯基（ 氨酸和苯丙氨酸） 氨酸和苯丙氨酸 ） 反应生成二硝基苯衍生 物而显黄色。 物而显黄色。 多肽的双缩脲反应：双缩脲是两分子的尿 素经加热失去一分子NH3而得到的产物。双 双 缩脲能够与碱性硫酸铜作用， 缩脲能够与碱性硫酸铜作用 ， 产生兰色的 双缩脲络合物， 称为双缩脲反应。 铜 - 双缩脲络合物 ， 称为双缩脲反应 。 含 有两个以上肽键的多肽， 有两个以上肽键的多肽 ， 具有与双缩脲相 似的结构特点，也能发生双缩脲反应，生 似的结构特点， 也能发生双缩脲反应， 成紫红色或蓝紫色络合物。 成紫红色或蓝紫色络合物 。 这是多肽定量 测定的重要反应。
沉淀 电泳 层析 离心
⑥ 膜分离
分析鉴定