第二章_沉淀法

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Hale Waihona Puke 中性盐沉淀蛋白质的基本原理:
蛋白质和酶均易溶于水,因为该分子的-COOH、-NH2 和-OH都是亲水基团,这些基团与极性水分子相互作用形成 水化层,包围于蛋白质分子周围形成1nm~100nm颗粒的亲水 胶体,削弱了蛋白质分子之间的作用力,蛋白质分子表面极 性基团越多,水化层越厚,蛋白质分子与溶剂分子之间的亲 和力越大,因而溶解度也越大。 亲水胶体在水中的稳定因素有两个:即电荷层和水化膜。 因为中性盐的亲水性大于蛋白质和酶分子的亲水性,所以加 入大量中性盐后,夺走了水分子,破坏了水膜,暴露出疏水 区域,同时又中和了电荷,破坏了亲水胶体,蛋白质分子即 形成沉淀。盐析示意图如下页图 所示。

硫酸铵盐析
A.固体法:最常用的是固体硫酸铵加入法。 将其研成细粉,在搅拌下缓慢均匀少量多次地 加入粗制品溶液中,接近计划饱和度时,加盐 的速度更要慢一些,尽量避免局部硫酸铵浓度 过大而造成不应有的蛋白质沉淀。在此过程 中,溶液中的硫酸铵的浓度会不断提高,水分 子会不断与硫酸铵结合,当加入的硫酸铵使溶 液浓度达到“盐析点”时,蛋白质就沉淀出来。
二、制备蛋白质 影响蛋白质溶解度的外界因素:
溶液的pH 离子强度 介电常数 温度 主要类型: 1.盐析法 2.有机溶剂沉淀法 3.蛋白质沉淀法 4.聚乙二醇沉淀法 5.选择性沉淀法 6.结晶沉淀法
1.盐析法
盐析法的根据是蛋白质在稀盐溶液中溶解度会随 盐浓度的增高而上升,当盐浓度增高到一定数值时, 其溶解度又逐渐下降,直至蛋白质析出(盐析)。
B.作盐析曲线
将每个分级沉淀 部分分别重新溶解 于一定体积的适宜 pH缓冲液中, 根据其蛋白质或 酶含量和相对应的 硫酸铵浓度之间的 关系作图, 即可得到如图2-1 所示的典型盐析曲 线。
C.确定最佳盐析范围 在此曲线基础上,参照表2-3的分级试验方法,可根据生 物材料来源的难易程度,以及对有效成分纯度和收得率的需 求,先找出有利于提高纯化倍数或得率的大致分级框架,然 后经过反复试验就能确定最佳盐析范围。
第二章
沉淀法
沉淀法(即溶解度法)它是古老、实用、 简单的初步分离的方法,该法成本低、操作简 单,不仅用于实验室中,也用于某些生产目的 的制备过程,是分离纯化生物大分子,特别是 制备蛋白质和酶时最常用的方法。通过沉淀, 将目的生物大分子转入固相沉淀或留在液相, 而与杂质得到初步的分离。
目的与要求

调整硫酸铵溶液饱和度计算表
B.饱和溶液法
这是一种使蛋白质脱水沉淀比较温和的力法。其操作 是在蛋白质溶液中逐步加人预先调好pH的饱和硫酸铵溶液, 不同饱和硫酸铵溶液,不同饱和度所需的硫酸铵的量可用下 列公式表示:
V=V0
S2-S1 S3-S2
V表示需要加入硫酸铵溶液的体积(ml); V0表示原来溶剂的体积(m1); S1和S2含义同上; S3表示需要加入硫酸铵溶液的饱和度(一般用百分之百)。
如,在尿素酶抽提液中加入固体硫酸铵,当饱和 度达35%时,尿素酶基本上仍留在溶液中;而饱 和度达55%时,尿素酶几乎全都沉淀出来。
名 称 沉 淀 效 果(25℃) 硫酸铵饱和度/% 0—25 25—35 35—45 45—55 55—65 沉淀物的酶活力单位/U 0 112 6850 3020 27
(2)盐析曲线制作
用盐析法沉淀欲分离样品时,所需浓度范围要通过试验确 定。 具体步骤如下:
A. 分级沉淀
取一定体积已测含量之蛋白质或酶的待分离溶液,调节pH 至稳定范围,分6~10次加入不同量的硫酸铵: 第一次加硫酸铵到溶液出现微弱混浊状态时,静置一段时 间,离心或过滤即得到第一个分级沉淀部分。 接着以同样的操作加硫酸铵到上清液或过滤液中,则得到第 二个分级沉淀部分。 如此连续进行,便可得到6~10个分级沉淀部分。
⑵有机溶剂的选择和浓度的计算 用于生化制备的有机溶剂的选择首先是要 能与水互溶。沉淀蛋白质和酶常用的是乙醇、 甲醇和丙酮。 为了获得沉淀而不着重于进行分离,可用 溶液体积的倍数:如加入一倍、二倍、三倍原 溶液体积的有机溶剂,来进行有机溶剂沉淀。
用有机溶剂沉淀蛋白质时,需加入的有机溶剂量, 一般是以体积为单位按下列公式计算:
硫酸铵沉淀尿素酶的作用
盐析后要在冰浴中放置一段时间,待沉淀完全后再离心 与过滤。在低浓度硫酸铵中盐析可采用离心分离,高浓度硫 酸铵常用过滤方法。各种饱和度下需加固体硫酸铵的量。 (1)、计算法 X=G(p2-p1)/1-Ap2 G为经验常数,0℃ 515,20 ℃ 513 A为常数 0 ℃ 0.27 20 ℃ 0.29 P2、P1为初始和最终溶液的饱和度 X为1L溶液所需加入的硫酸铵的克数 (2)、查表法
从表2-3可以看出, 若生物材料来源容易,主要是考虑提高纯化倍数时,选择48 %-65%盐饱和分级范围,酶的纯化倍数可达3.0,而得率仅为75 %; 若生物材料来源较困难,主要是考虑提高收得率时,则选择 45%~70%甚至45%~75%盐饱和分级范围,酶的收得率可达80 %以上,而纯化倍数将≤2.4。
由下表可以看到, 硫铵在0℃时的溶解度,远远 高于其它盐类: 几种盐在不同温度下的溶解度(克/100毫升水)
0℃ (NH4)2SO4 Na2SO4 NaH2PO4 70.6 4.9 1.6 20℃ 75.4 18.9 7.8 80℃ 95.3 43.3 93.8 100 ℃ 103 42.2 101
(1)盐分级沉淀 一般操作过程:选择一定浓度范围的盐溶液 (0~25%饱和度),使部分杂质 呈盐析状 态,有效成分呈盐溶状态。经离心分离得到上清 液,再选择一定浓度范围的盐溶液( 25~60 %饱和度),使有效成分呈盐析状态,而另部分杂 质呈盐溶状态,离心法收集沉淀物即为初步纯化的 有效成分物质
(4)脱盐
常用的脱盐方法:凝胶过滤法、透析 法。(前者的原理及操作将在第六章阐 述), 透析法的原理是分子扩散运动。 其具体操作是:把待脱盐溶液装入有 一定孔径的透析袋,扎紧袋口(袋内留有 适当空间),漂在水或适当的透析液中。
①透析袋处理 市场购买的透析袋(或透析纸)要用蒸馏 水洗净,严格检查,无漏洞时,即可使用。 但是,样品中所含盐类易被金属或水解酶等破坏之时, 透析袋需要用下列方法处理: 将10cm长的透析袋置500ml含lmmol/L EDTA-Na2的2 %碳酸氢钠溶液中煮沸10min,用干净镊子或戴橡皮手套 取出,经蒸馏水煮沸、漂洗后,即可使用。用过的透析 袋依上述方法处理一下,还能重复使用,若不马上使用 时,可于室温凉干,移入盒中存放(切忌受压),还可泡 在蒸馏水中或50%的乙醇中置低温(4℃)保存。
④蛋白质的纯度和浓度
一般控制样品液蛋白浓度在0.2%—2%为宜。 (蛋白质浓度越高,共沉淀现象越明显,分离效果越 差)
⑤其他
在进行盐析沉淀时,有时需在溶液中加 1mmol/L的EDTA-Na2盐,以除去沉淀剂中带 入的金属离子。 再者是加硫酸铵沉淀的时间要控制好,过长 过短都不适宜,一般需要2h左右。
(3)盐析的影响因子


①盐析常数(KS)
实验证明,每种蛋白质在溶液中的溶解度和该溶液的 盐浓度之间存在下列关系,即溶解度(S,以mg/ml表 示)的对数值与溶液中盐的浓度(M)成反比例关系,可 用下面的公式表示: lgS=β- KS·M 式中,S表示有效成分在水中的溶解度; M表示摩尔浓度; KS表示有效成分在特定条件下的恒定值 (见表2-4),其大小即表示有效成分之溶 解度降低的速率与盐浓度的关系。
当分离两种以上蛋白质时,若每一种蛋白质的KS值都很大, 而且盐析范围(盐离子强度)差异明显,则分离效果好(见图2-2 中A和C);若KS值很大,但盐析范围差异较小,则分离效果 不好(见图2-2中A和B)。
③pH和盐浓度
选择适当pH的盐溶液,可以大大提高盐析 有效成分的效果
一般来说, 在第一次盐析时(即除去杂质),盐溶液pH应偏离有效 成分的pI值,靠近杂质的pI值; 在第二次盐析时(分级盐析范围内,即沉淀有效成 分),盐溶液pH应调至接近有效成分的pI值。
②分级效果好,有些抽提液经过加适量硫酸铵的一步分级 沉淀处理后,就可除去杂蛋白75%以上; ③有稳定蛋白质结构的作用,将2-3 mol/L硫酸铵盐析 的蛋白质置低温下保存一年,其性质没有变化; ④价格低廉,废液可以肥田。 但是用硫酸铵或其他盐类进行分级沉淀都有一个共 同的缺点,即得到的样品欲继续纯化时,需花一定时 间脱盐。
此法比加入固体硫酸铵沉淀法温和,但是对 于大体积样品不适用。因为硫酸铵溶液的大量加 入,将导致样品溶液体积增加。例如,当样品达 到50%硫酸铵饱和度时,其体积增加一倍。
C.透析法:
将盛蛋白质溶液的透析袋放入一定浓度的大体积盐溶 液中,通过透析作用来改变蛋白质溶液中的盐浓度。此法 的盐浓度是以连续状态变化的,可以避免盐浓度局部升高 产生的不良影响,所以分离效果好。但是,在实际应用过 程由于受透析袋容积有限、盐析速度缓慢和硫酸铵耗费多 等因子的制约,所以此法仅在要求较精确、样品体积小的 试验使用。

V表示加入有机溶剂的体积; Vo表示蛋白溶液的原始体积; S1表示蛋白溶液中有机溶剂的浓度(体积百分浓度); S2表示蛋白溶液中欲达到的有机溶剂浓度(体积百分浓度)。
2 、有机溶剂沉淀法
⑴基本原理
有机溶剂对于许多蛋白质(酶)、核酸、多糖和小分子 生化物质都能发生沉淀作用,是较早使用的沉淀方法之一。其 原理主要是: ①降低水溶液的介电常数,向溶液中加入有机溶剂能降低溶 液的介电常数,减小溶剂的极性,从而削弱了溶剂分子与蛋白 质分子间的相互作用力,导致蛋白质溶解度降低而沉淀。 ②脱水作用:由于使用的有机溶剂与水互溶,它们在溶解于 水的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走了水分子,破坏了 蛋白质分子的水膜,因而发生沉淀作用。





KS 值大,则意味着有效成分溶解度降低的速度是随着盐浓度 的增加而快速降低(即沉淀加快)。 因此,对一种有效成分而言, KS 值越大,分级范围越窄,盐 析效果就越好。 某一蛋白质的 KS 值不仅与蛋白质本身的性质有关,而且也会 受溶液的pH、温度和盐的种类等因子的影响。
②盐分级范围的差异性
①盐的选择 一般进行蛋白质沉淀时,常选用是硫酸铵。因为 硫酸铵与其他盐(如氯化钠、硫酸钾等)相比,具以下 优点: ①溶解度大,对温度不敏感,当水的温度是25℃ 时,硫酸铵的饱和溶解度(即每升溶剂可溶解盐的克 数)为769g(其摩尔浓度为4.1mol/L),当水的温度降 至0℃时,其饱和溶解度高达679g(其摩尔浓度为 3.9mol/L) 这是其他盐类所不具备的。由于酶和各 种蛋白质通常是在低温下稳定,因而盐析操作也要求 在低温下(0~4℃)进行。


②透析液选择
一般选用的透析液均为低离子强度的中性缓冲液。对含有辅 基的酶透析时,在透析液中宜加入适量的辅基或保护辅基的试剂。 为了防止微生物生长,透析应在4℃进行或在透析液中添加0.02 %NaN3。
③掌握透析时间
透析操作在搅拌下进行时,样品液与透析体积之比以l:10 较好,一般3h可达平衡。若透析在静止状态下过夜进行时,则比 例应扩大到1:20以上。脱盐是否彻底,要经常检查:如除去的 是硫酸铵,可用10%氯化钡检查;如除去的是氯化钠,可用10% 硝酸银检查,直到透析液中检测不出硫酸钡或氯化银沉淀为止, 即透析已完成。

何谓盐析?其原理是什么? 盐析法纯化蛋白质的优点有哪些? 盐析的一般操作步骤是什么?影响盐析 的主要因素有哪些? 有机溶剂沉淀法的原理是什么?
第一节
一、基本原理
基本原理与沉淀类型
沉淀法也称溶解度法。其纯化生命大分子物质的 基本原理是,根据各种物质的结构差异(如蛋白质分 子表面疏水基团与亲水基团之间比例的差异)来改变 溶液的某些性质(如pH、极性、离子强度、金属离子 等),就能使抽提液中的有效成分的溶解度发生变化。 因此,选择适当的溶液就能使欲分离的有效成分呈现 最大溶解度,而使杂质呈现最小溶解度,或者相反, 有效成分呈现最小溶解度,而杂质呈现最大溶解度。
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