实验:猪胰蛋白酶的分离纯 化

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恒流泵
③洗涤
0.01 mol/L , pH5.0 柠檬酸钠缓冲液
恒流泵
④洗脱1
0.05 mol/L , pH5.0,柠檬酸 钠缓冲液
部分收集器
离子交换柱
恒流泵
⑤洗脱2
0.1 mol/L , pH6.0,柠檬 酸钠缓冲液
部分收集器
离子交换柱
恒流泵
实验方法
二、蛋白质含量的测定

方法:紫外吸收法 所测样品:
总蛋白量 (mg)
总酶活 (U)
比活 收率(%) 纯化倍数 (U/mg)
100 80 20
50 48 40
0.5 0.6 2.0
100 96 80
1.0 1.2 4.0
SDS-PAGE电泳结果
思考题

1.提取制备猪胰蛋白酶的过程中,应特别注 意哪些主要环节和影响因素? 2. 胰蛋白酶活力的测定方法还有哪些?

⑤硫酸铵盐析沉淀(75%饱和度) ——计算硫酸铵用量时需扣除形成硫酸钙的 量。 (于4℃静置过夜) ⑥离心(离心10000 rpm,15 min)——取沉淀(为粗胰蛋白酶 )
实验方法
一、猪胰蛋白酶的分离纯化
(2)透析

将粗胰蛋白酶溶于适量预冷的0.001 mol/L HCl溶液中(用2 mol/L HCl调蒸馏水pH至3即可!)。

2 #为对照管



①精确加入37℃ 1ml预热的10 mg/mL酪蛋白溶液; ②加入3 mL 8%三氯乙酸 ,迅速摇匀; ③加1 mL稀释酶液(与样品管相同); ④混匀,立即置于37℃水浴中,准确反应10min; ⑤离心( 3000 r/min,5min)——取上清 ⑥测A280


胰蛋白酶活力单位数= △A280/t

式中, △A280——样品管A280-对照管A280 t——反应时间(min)

比活力=酶活力单位/毫克蛋白质=△A280/C· t V·

式中, △A280——样品管A280-对照管A280 C——每个样品管中酶液的浓度(mg/mL) V——每个样品管中酶液体积(mL) t——反应时间(min)
3#为空白管


①分别加入 3 mL 8%三氯乙酸和2 mL 0.1 mol/L Tris-HCl、pH 8.0 缓冲液, ②离心( 3000 r/min,5min)——取上清 ③用该样品作为空白,用来测定样品管(1 # )和对 照管( 2 # )的A280。
实验方法
三、酶活力的测定
2. 胰蛋白酶活力的计算
实验结果




1.离子交换层析后收集各管样品的蛋白含量 及活性。 2. 以管数为横坐标、以A280及活性为纵坐标, 制作双坐标图的离子交换层析曲线。 3.测定粗酶液、胰酶激活后样品、离子交换 层析收集管中样品液的体积及酶活力,完成纯 化表格。 4.SDS-PAGE电泳结果
纯化表格
纯化步骤
胰酶激活 后样品 透析后上 柱前样品 离子交换 层析后的 洗脱2
实验方法
一、猪胰蛋白酶的分离纯化
(3)离子交换层析法纯化猪胰蛋白酶
离子交换柱 恒流泵
部分收集器
离子交换流程简图
实验方法
一、猪胰蛋白酶的分离纯化
(4)离子交换层析法纯化猪胰蛋白酶



①柱的平衡:用0.01 mol/L , pH5.0柠檬酸钠缓冲液平衡 CM-纤维素离子交换柱 ②样品吸附:用恒流泵直接上样于CM-纤维素离子交换柱 ③洗涤:以0.01 mol/L , pH5.0柠檬酸钠缓冲液充分洗净未 吸附蛋白质 ④洗脱1:用0.05 mol/L , pH5.0,柠檬酸钠缓冲液洗脱,并 分部收集样品,测定每个样品的蛋白含量,做层析曲线, 将出现一个蛋白峰(收集样品为留样4),此峰为猪胰凝乳 蛋白酶。 ⑤洗脱2:待胰凝乳蛋白酶峰过后,改用0.1 mol/L , pH6.0, 柠檬酸钠缓冲液洗脱,并分部收集样品,测定每个样品的 蛋白含量,做层析曲线,将出现一个蛋白峰(收集样品为 留样5),此峰为猪胰蛋白酶。 ⑥柱的再生
实验原理
二、本实验采用的分离纯化方法的原理
3. 离子交换层析法


同类型的带电离子间可自由地相互交换和竞争结合。 蛋白质在其等电点以下(pH<pI),带正电荷,可被阳离子交换树 脂所吸附;而蛋白质在其等电点以上(pH>pI),带负电荷,可被 阴离子交换树脂所吸附。 本实验中的猪胰蛋白酶等电点为pI=10.8,在pH=5.0的缓冲液中猪胰 蛋白酶带正电荷,可被阳离子交换树脂所吸附(本实验采用CM-纤 维素离子交换树脂);而带负电荷的杂蛋白不被吸附而除去,带正 电荷的杂蛋白也被吸附,但不同蛋白与树脂的吸附能力不同,通过 增加缓冲液中的离子强度及提高pH,可将蛋白从树脂上洗脱下来。 在不同的离子强度下,可将不同的蛋白分别洗脱(结合力弱的 蛋白最先洗脱,结合力强的蛋白最后洗脱)。

猪胰蛋白酶纯化过程中的预留样品1~样品5,用来 计算比活和纯化倍数;
离子交换层析过程中的分部收集样品,用来作层析 曲线(以样品管号为横坐标,以A280为纵坐标作曲 线)

实验方法
三、酶活力的测定
1. 测定方法


取3支试管按1~3编号: 1#为样品管、 2 #为对 照管、 3#为空白管 1#为样品管
在4℃下对0.001 mol/L HCl溶液透析3小时左右(每小时换 液1次 !)


而后改用0.01 mol/L , pH5.0柠檬酸钠缓冲液透析(至少换 液3次,第一次1小时后换液,第二次是2小时后换液,第 三次是3小时后换液,然后过夜透析 !)
(记录样品体积,收集约1.5 mL,作为留样3,测蛋白含量,及时 SDS化)
《生化工程》课程实验
猪胰蛋白酶的分离纯化 与检测
主要内容


实验内容 实验目的 实验原理 实验方法 实验结果 实验报告格式
实验内容

一、猪胰蛋白酶的分离纯化 二、蛋白质含量的测定 三、酶活力的测定 四、纯化效果检测 ——SDS-PAGE电泳检测
实验目的


1、掌握盐析沉淀法、透析法及离子交换层析 的原理和操作过程; 2、熟悉胰蛋白酶分离纯化的一般过程; 3、掌握胰蛋白酶活力测定方法及SDS-聚丙烯 酰胺凝胶电泳技术。
胰蛋白酶
His 46
S
Ser 18 3
S S
S Active site
Val AspAspAspAspLys
Val Ile GlyHis Ser
S S S
S
The process of trypsinogen activation
胰蛋白酶原激活过程
实验原理
二、本实验采用的分离纯化方法的原理
1. 沉淀法
实验总体安排

第10周:

生物0911(分两组),生物0913(15人左右) 生物0912(分两组),生物0913(15人左右)

第11周:

注:每小组选两个组长,协调同学们分工、合作。 第9周,周五之前将分组同学名单、组长及每个 同学上课情况发到我邮箱: cuihongdu@jmu.edu.cn
①装柱
离子交换树脂
平衡
沿壁倒下
0.01 mol/L , pH5.0
柠檬酸钠缓冲液
3cm
1 ml/min
均匀 无气泡、裂纹
装柱
0.01 mol/L , pH5.0柠檬酸 钠缓冲液
平衡
②上样
用0.01 mol/L , pH5.0柠檬酸钠缓冲 液透析后的粗酶液
注:需将未吸附 样品(流穿)进 行SDS-PAGE检 测!

(1)粗猪胰蛋白酶的提取 (2)透析 (3)离子交换层析法纯化猪胰蛋白酶 实验具体操作参见《实验指导》
实验方法
一、猪胰蛋白酶的分离纯化
(1) 粗猪胰蛋白酶的提取

①猪胰脏去脂肪和结缔组织,切碎,称重约50 g →加入5倍体积预冷的pH2.5 乙酸酸化水 ②组织捣碎 ③提取、过滤(四层纱布)、离心(4℃下,10000 rpm,离心15 min )—— 取上清(记录体积,收集约1.5 mL,作为留样1,测蛋白含量,及时SDS化) ④加入固体无水氯化钙粉末
实验具体安排

星期一
Байду номын сангаас
粗猪胰蛋白酶的提取 硫酸铵沉淀,悬浮液放入4℃冰箱过夜 将硫酸铵沉淀离心后,取沉淀 透析 装柱→平衡 离子交换层析 蛋白含量测定 酶活测定 SDS-PAGE
实验原理

一、胰蛋白酶的基本特性 二、本实验采用的分离纯化方法的原理

1. 沉淀法 2. 透析法 3. 离子交换层析技术

三、胰蛋白酶活性测定原理
实验原理
一、胰蛋白酶的基本特性

胰蛋白酶是以无活性的酶原形式存在于动物胰脏中, 在Ca2+的存在下,被肠激酶或有活性的胰蛋白酶自身 激活,从肽链N端赖氨酸和异亮氨酸残基之间的肽键 断开,失去一段六肽,分子构象发生一定改变后转 变为有活性的胰蛋白酶。

活力单位的定义:在一定条件下每分钟酶水解底物酪蛋白形成的溶液 在280nm处吸光度A280增加一个单位的酶量为一个蛋白酶活力单 位(U)。
实验方法

一、猪胰蛋白酶的分离纯化 二、蛋白质含量的测定 三、酶活力的测定 四、纯化效果测定 ——SDS-PAGE电泳检测
实验方法
一、猪胰蛋白酶的分离纯化

通过以上离子交换层析法,即可将目的蛋白和杂蛋白分 开,从而得到纯化。
实验原理
三、胰蛋白酶活性测定原理



胰蛋白酶能催化蛋白质的水解,对于由碱性氨基酸(如 精氨酸、赖氨酸)的羧基与其他氨基酸的氨基所组成的 肽键具有专一性。特别表现在对碱性氨基酸羧基一侧的 选择性。 本实验以酪蛋白为底物的方法来测定胰蛋白酶活力,其 主要用于测定胰蛋白酶粗制品的活力。 胰蛋白酶催化水解底物酪蛋白生成不被三氯乙酸沉淀的 小分子肽以及氨基酸。在一定浓度范围内酶的水解滤液 在波长280nm处光吸收的增值与胰蛋白酶的活力单位成 正比。
猪胰蛋白酶的分子量约为23.4 kDa,其等电点约为 pI=10.8,最适pH7.6~8.0, 胰蛋白酶在pH=3左右较 稳定,Ca2+离子对胰蛋白酶有稳定作用,在低温条件 下贮存数周内酶的活性不发生明显的改变。

Trypsin Enteropeptidase
肠激酶
ValAspAspAspAspLys Ile Val Gly





①稀释酶液(根据蛋白含量测定结果,用0.1mol/L TrisHCl、pH 8.0缓冲液稀释至10~80μg/mL )后,取 1 ml; ②精确加入1mL 37℃ 预热的10 mg/mL酪蛋白溶液; ③混匀,立即置于37℃水浴中,准确反应10min; ④加入3 mL 8%三氯乙酸 ,迅速摇匀,终止反应; ⑤离心( 3000 r/min,5min)——取上清; ⑥测A280
3.在实验中,可以采取什么方法来提高产率 和比活率?


实验报告格式



一、实验目的 二、实验内容 三、实验原理 四、实验操作步骤 五、实验结果与讨论 六、附录(实验记录)


其中,前四部分内容为预习报告的内容; 第五部分(实验结果)和第六部分为实验过程中的 内容; 第五部分(实验结果与讨论)整理后与预习报告合 并为实验报告



为猪胰蛋白酶原的激活提供Ca2+(含有0.1 mol/L CaCl2 )——需计算CaCl2的用量。

⑤加入极少量猪胰蛋白酶(约2-5mg)


调pH为 8.0 、于25℃下活化4~6小时,(1小时取样一次,并用0.001mol/L HCl稀 释),测定酶活性增加的情况; 比活约3500~4000单位时,活化完成。 用2.5 mol/L H2SO4调pH至2.5~3.0(收集约1.5 mL,作为留样2,测蛋白含量,及 时SDS化 )

盐析沉淀法:用硫酸铵盐析法将目的蛋 白从粗提液中沉淀出来,使其得到浓缩, 并除去部分杂质(核酸、杂蛋白等)。
实验原理
二、本实验采用的分离纯化方法的原理
1. 透析法

由于膜两侧的溶质浓度不同,在浓度差 的作用下,高分子溶液(如蛋白溶液) 中的小分子溶质(如无机盐)透向透析 液一侧,同时透析液中的缓冲液渗入蛋 白溶液一侧,经过透析液反复换液后, 即可达到脱盐和置换缓冲液的目的。
实验方法
三、酶活力的测定
3. 需测样品

猪胰蛋白酶纯化过程中的预留样品1~样品5, 用来计算比活和纯化倍数; 离子交换层析过程中的分部收集样品中,蛋白 峰附近的样品。

实验方法
四、纯化效果检测

用12% 的SDS—PAGE检测,考马斯亮蓝R-250染 色。 粗酶液留样1, 胰酶激活后样品留样2, 透析后的样品3(上柱前样品) 未吸附样品(流穿) 离子交换层析后洗脱1(留样4 ) 离子交换层析后洗脱2中活力较高样品(留样5)
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