离子交换配基密度对蛋白质吸附行为的影响
生物分离工程-离子交换层析(色谱)-精选文档
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP): 是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
Ca ( PO ) ( OH ) 10 4 6 2
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子 的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面， 各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者 起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质 (pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P 点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展 开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质 ，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层 析通常以磷酸盐缓冲液为流动相，采用提高盐浓度的线 性梯度洗脱法。
多缓冲离子交换剂:
可利用普通的凝胶过滤介质偶联特殊的离子交换基制 备．如Pharmacia公司生产的PBEll8和94即为以Sepharose 6B 为载体的阴离子交换剂，前者与Pharmalyte 匹配使用，后 者与Polybuffer96和Polybuffer 74匹配使用。
Pharmacia生产的另一种多缓冲离子交换剂为Mono P，其离于交换基为具有不同pKa值的弱碱性胺基．Mono P可与上述三种多缓冲剂匹配使用，粒径仅10m，用作 高效层析聚焦柱的固定相。
poros层析介质包括离子交换疏水作用亲和吸附和反相介质等其中前三种介质的孔表面覆面有葡聚糖等亲水性多糖保证介质表面的亲水性和键合相应的配灌注层析的最大特点是分离速度快一般可在数分钟内完成而利用hplc则需数十分钟到一小时
离子交换层析（色谱）
一、原理
离子交换层析(Ion exchange chromatography, IEC)是 利用离子交换剂为固定相，根据荷电溶质与离子交换剂 之间静电相互作用力的差别进行溶质分离的层析法。 荷电溶质在离子交换剂上的分配系数可用下式表示：
离子交换分离纯化蛋白原理总结
离子交换分离纯化蛋白原理总结Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT离子交换分离纯化蛋白原理及应用离子交换剂基质主要有树脂、纤维素、葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和硅胶（HPLC）等离子交换树脂一般只适合分离小分子物质如氨基酸等，不适合分离蛋白质等大分子物质，一方面是因为大分子不易进入树脂紧密交联结构的内部，另一方面因为交联聚苯乙烯骨架疏水性很强，用于蛋白质分离时，会出现疏水性的不可逆吸附。
此外，离子交换树脂的机械强度较差，而且树脂的体积常随着溶剂离子强度的变化发生溶胀和收缩。
根据交换基团的电荷性质进行分类：阳离子交换树脂：强酸型含磺酸基团(R-SO3H)中等酸型含磷酸基团(-O-PO2H4)弱酸型含酚基、羧基阴离子交换树脂：强碱含季胺基团[-N+(CH3)3]弱碱含叔胺、伯胺基团[-N(CH3)2阴离子交换树脂对化学试剂及热都不如阳离子交换树脂稳定。
弱酸型—只能在碱性pH范围内使用弱碱型—只能在酸性pH范围内使用离子交换纤维素的种类很多，可分为阴离子交换纤维素和阳离子交换纤维素两大类。
由于这些材料是纤维状的，大部分活性基团分布在表面，所以，适合于分离蛋白质等生物大分子。
阴离子交换纤维素—DEAE-纤维素,具二乙胺乙基，阳离子交换纤维素—CM-纤维素,具有羧甲基，分别是应用得最广泛的阴离子交换纤维素和阳离子交换纤维素。
另外，根据纤维素颗粒的物理结构不同，可分为“纤维型”和“微晶型”两大类。
“微晶型”因颗粒细、比重大，能制成紧密的柱，交换容量大，分辨率高。
离子交换凝胶：离子交换葡聚糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶具有许多优点，分离大分子物质，不会引起被分离物质的变性戒失活，非特异性吸附很低；交换容量大(为离子交换纤维素的3-4倍)；容易制成微球型，因此装柱和层析时的流速都较易控制。
它的缺点是随着洗脱液的离子强度和pH的变化，床体积变化大，明显影响流速;另外,由于它的凝胶性质,有时会把大分子物质排阻在网络结构之外。
离子交换层析法的原理
离子交换层析法的原理
离子交换层析法是一种根据物质带电性质差异，从而实现分离纯化的层析技术。
该方法的原理是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子的溶液为流动相，利用离子交换剂对需要分离的各种蛋白质结合力的差异，而将混合物中不同蛋白质进行分离。
离子交换的本质是目标物和介质功能配基之间的静电相互作用，蛋白质的带电性是由蛋白质多肽中带电氨基酸决定的，而蛋白质中氨基酸的电性又取决于介质中的pH，所以蛋白质的带电性也就依赖于介质的pH。
层析时，离子交换树脂的分子中有活性基并带有阴、阳电荷，在水溶液中可与其它阴、阳离子起交换作用，这种交换作用是可逆的，遵循化学平衡原理。
通过连续添加洗脱液，溶液平衡向右进行，可以把原有离子交换树脂上的活性离子洗脱下来，而带有相同电荷的离子被交换吸附在树脂上，然后被吸附的物质又可用另一种洗脱液洗下来，从而达到分离提取的目的。
最新生物分离工程复习题一（第1-9章16K含答案）
最新生物分离工程复习题一（第1-9章16K含答案）1、下列物质不属于凝聚剂的有（C）。
A、明矾B、石灰C、聚丙烯类D、硫酸亚铁2、发酵液的预处理方法不包括（C）A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH3、其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B）A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤4、那种细胞破碎方法适用工业生产（A）A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法5、为加快过滤效果通常使用（C）A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂6、不能用于固液分离的手段为（C）A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（D ）A.加热B.调pHC.絮凝和凝聚D.层析8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C）A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏9、从四环素发酵液中去除铁离子，可用（B）A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（B）A.降低蛋白质溶液的介电常数B.中和电荷，破坏水膜C.与蛋白质结合成不溶性蛋白D.调节蛋白质溶液pH到等电点11、使蛋白质盐析可加入试剂（D）A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵12、盐析法纯化酶类是根据（B）进行纯化。
A.根据酶分子电荷性质的纯化方法B.调节酶溶解度的方法C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法D.根据酶分子专一性结合的纯化方法13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（B）A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（D）A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B）A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（A）范围内适合。
A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（C ）去除金属离子。
吸附密度对蛋白质在离子交换吸附剂中孔扩散系数的影响
第54卷 第2期 化 工 学 报Vo l 54 22003年2月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) February 2003研究论文吸附密度对蛋白质在离子交换吸附剂中孔扩散系数的影响陈卫东 孙 彦(天津大学化工学院生物化工系,天津300072)摘 要 通过间歇吸附动力学实验,采用孔扩散模型研究了牛血清白蛋白和 球蛋白在阴离子交换剂中的扩散行为,考察了蛋白质初浓度和平均吸附密度对孔扩散系数的影响.结果表明,随蛋白质初浓度和平均吸附密度增大,孔扩散系数均呈指数下降,且蛋白质分子尺寸越大下降趋势越明显.关键词 蛋白质 扩散系数 孔扩散模型 动力学中图分类号 O 647 31 T Q 936 2 文献标识码 A文章编号 0438-1157(2003)02-0215-06EFFECT OF ADSORPTION DENSITY ON POREDIFFUSIVITY O F PROTEIN S IN ION EXCHAN GERCH EN Weidong and SUN Yan(Dep ar tment of Biochemical Engineer ing ,School of Chemical Engineer ing and T echnology ,T ianj in Univ er sity ,T ianj in 300072,China )Abstract T he ion ex change adsorption kinetics of bovine serum albumin (BSA)and g lobulin into an anion exchanger,DEAE Spherodex M ,has been studied by batch adsorption experiments The pore diffusion model w as used to predict pore diffusivity The effect of initial protein concentration and average adsorption density on pore diffusivity w as investigated The results showed that pore diffusivity decreased exponentially w ith increasing initial protein concentration and average adsorption density M oreover,the larger the dimension of the protein,the g reater the decline of pore diffusivity w as observed Keywords protein,diffusivity,pore diffusion model,kinetics2001-08-05收到初稿,2002-02-25收到修改稿.联系人:孙彦.第一作者:陈卫东,男,30岁,博士.基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(No.20025617).引 言制备色谱过程中的非线性吸附平衡行为是造成色谱过程非线性的重要因素[1,2].此外,色谱过程动力学行为的复杂性给色谱过程分析带来极大困难.但是,已有色谱理论模型均未考虑动力学行为的复杂性,而是将吸附过程动力学加以不同程度的简化,例如平衡色谱理论[3]、塔板理论[4]、集总速率模型[5]、孔扩散模型[6]和普遍化速率模型[7]等,这些模型均未反映溶质动态吸附行为引起的色谱过程中蛋白质孔内扩散速率的变化.Received date :2001-08-05.Correspon ding a u tho r :SUN Yan.E -m ail :ysun@tj u edu cn.由于固相扩散现象对色谱过程的重要性,扩散理论的研究受到学术界的重视[8~10].目前,尽管对凝胶介质中扩散速率进行了大量研究,但欲建立严格的数学模型尚有待进一步的工作.由于蛋白质为生物大分子,蛋白质初浓度和吸附剂中蛋白质的空间位阻作用(吸附密度)对扩散动力学有显著影响,而文献中仅有少量对蛋白质初浓度的研究报道,未见对引起空间位阻的吸附密度的研究报道.因此,本研究采用间歇吸附动力学实验,利用牛血清白蛋白(BSA)和 球蛋白( globulin)为模型蛋白质研究了其在阴离子交换剂中的扩散行为,考察了蛋白质初浓度和平均吸附密度与孔扩散系数的关系.1 孔扩散模型孔扩散模型能较好地描述蛋白质分子在大粒径吸附剂中的吸附动力学行为[11].在间歇动态吸附过程中,该模型假设:液相主体不存在浓度梯度;!吸附剂颗粒为球形,有均一的尺寸和密度,离子交换基团均匀地分布在颗粒内部;∀吸附剂为多孔物质,孔内溶质发生扩散可用孔扩散系数描述;#孔扩散系数与溶质浓度无关,且吸附剂的有效孔隙率恒定;∃蛋白质与吸附位点的结合是一快速可逆过程,孔扩散是速率控制步骤.基于模型假设!~∃,可推导出吸附剂孔内蛋白质的连续性方程p c pt= p D p1r2r r2c pr-(1- p)q it(1)本研究中蛋白质的吸附平衡可用Lang muir等温式描述,即q i=q m c pK d+c p(2)基于模型假设,液相主体中蛋白质浓度变化可用下式表示d c d t +B d qd t=0(3)此处q为空间平均吸附密度,即某时刻吸附蛋白质的平均密度q=3R3%R0r2q i d r(4)由于蛋白质进入颗粒的速率等于颗粒吸附速率,由Fick定律得q t=3 pRD pc pr r=R(5)将式(5)代入式(3),得d c d t =-3B pRD pc prr=R(6)式(1)和式(6)的初始和边界条件为q i=q0:t=0, 0<r<Rc=c0:t=0c pr=0:t>0, r=0c p=c:t&0, r=R用正交配置法离散二阶偏微分方程,利用M ATLAD软件求解上述偏微分方程.采用试差法,给定一扩散系数,利用迭代法求出任一时刻液相主体中蛋白质浓度,与实验值比较,可计算孔扩散系数.2 材料与方法2 1 实验材料BSA和 球蛋白购自美国Sigm a公司,吸附剂DEAE Spherodex M由法国Biosepra公司提供,其他无机盐试剂均为国产分析纯产品.2 2 离子交换剂有效孔隙率的测定将蛋白质溶于含0 5mol∋L-1NaCl的10mmol ∋L-1磷酸盐缓冲液(pH值7 64)中,准确称取5 ~6g吸附剂(本文中吸附剂质量均指湿量),置于10m l已知浓度的蛋白质溶液中,于25(恒温振荡10h以上,使蛋白质达到充分的扩散平衡.静置,取上清液,测280nm下的吸光度值,计算蛋白质溶液浓度.在此溶液条件下蛋白质不发生吸附[2],由下式可得吸附剂的有效孔隙率p=V LV S∋c0-cc(7)以上实验重复3次,取平均值为离子交换剂对该蛋白质的有效孔隙率.2 3 离子交换平衡和动力学实验蛋白质的离子交换平衡和动力学实验均在10 mmol∋L-1磷酸盐缓冲液(pH值7 64)中进行.离子交换平衡实验方法如下:准确称取约0 25g 吸附剂,置于锥形瓶中,加入25m l蛋白质溶液(浓度在0 1~2 6mg∋m l-1之间).将锥形瓶密闭后置于摇床中,于25(恒温振荡20h.静置,取上清液,测280nm下的吸光度值,计算蛋白质的吸附量,获得吸附等温线数据[2].动力学实验方法如下:准确称取一定质量的吸附剂,置于20ml蛋白质溶液中(此时立刻计时),将锥形瓶即刻密闭后置于摇床中,于25(恒温振荡(除特别说明,振荡速度设为170r∋m in-1).在吸附的不同时刻,用孔径为2m的不锈钢滤头取样器取样,测280nm下的吸光度值,得到蛋白质溶液浓度随时间变化的数据.2 4 不同初始吸附密度吸附剂的制备获得不同初始吸附密度的方法如下:根据吸附平衡实验得到的Lang muir吸附等温式估算得到不同吸附密度所需的蛋白质浓度、溶液体积和吸附剂质量,据此进行吸附平衡实验,于25(恒温振荡20h,抽滤获得固体吸附剂,计算实际吸附密度.216化 工 学 报 2003年2月2 5 分析方法离子交换吸附剂颗粒直径用马尔文激光粒度分析仪(Mastersizer 2000)测定,干态吸附剂的孔径分布及平均孔径用压汞法测定.3 结果与讨论3 1 模型参数及表面液膜扩散的影响DEAE Spherodex M 的体积平均粒径为83 m.实验测定该吸附剂的有效孔隙率为:BSA p =0 616)0 023; 球蛋白 p =0 44)0 ngmuir 吸附等温方程参数为:BSA q m =169 5m g ∋ml -1,K d =0 017mg ∋ml-1; 球蛋白q m =87 7mg ∋ml -1,K d =0 50mg ∋ml -1.固相表面液膜传质和孔内扩散是影响吸附过程速率的主要因素[12,13],为研究孔扩散的影响因素,必须消除表面液膜扩散的影响.为此,研究中考察了100~170r ∋min -1范围内4个转速下的吸附动力学行为,结果示于图1.由图可见,在100和130r ∋m in -1下表面液膜扩散阻力较大,其扩散动力学模型应采用膜 孔扩散模型;在150和170r ∋min -1下,其动力学曲线几乎重合,表明较强烈的振荡已使液膜扩散阻力减小,以致可以忽略,此时吸附动力学采用孔扩散模型即可.因此,本研究在170r ∋min -1的转速下进行动力学实验,利用上述孔扩散模型研究蛋白质的扩散行为.F ig 1 Exper imental uptake curves of BSA by batch adsorption in ag itated vessels atdifferent shaking speeds(c 0=0 7mg ∋ml -1,20ml sol ution,0 1g ion ex changer shak i ng speed/r ∋min -1:∗100;+130;,150;−170)3 2 蛋白质初浓度对孔扩散系数的影响图2为不同BSA 初浓度下的动力学曲线及模型拟合结果.由图可见,孔扩散模型可与实验结果很好地吻合.BSA 初浓度与拟合得到的孔扩散系数的关系示于图3,图3中亦包括 球蛋白的孔扩散系数(限于篇幅,其动力学曲线结果未示出).由图3可见,吸附剂孔径(DEAE Spherodex M 的平均孔径为104nm)与BSA Stokes 半径的比值相对较大,孔扩散系数与蛋白质初浓度之间呈指数关系,但用线性关系也可较好地表示(相应的图未示出).随蛋白质尺寸增大,吸附剂孔径与蛋白质Stokes 半径的比值相对变小,蛋白质扩散的阻滞力增大,孔扩散系数与蛋白质初浓度呈指数关系(图3中 球蛋白情况).在所研究的浓度范围内, 球蛋白的孔扩散系数与自由溶液中扩散系数的比值D p /D .从0 22下降到0 033,而BSA 仅从0 99下降到0 73,这是由于两种蛋白质的物性差别较大(特别是分子尺寸,见表1)所致.可见,蛋白质分子尺寸越大,孔扩散系数随浓度下降趋势越明显.F ig 2 Exper imental and simulated uptake curves of BSA with different initial concentrationsby batch adsorption in agitated vessels(Solid lines are calculated from pore diffusion model)c 0/mg ∋ml -1:−0 3;,0 7;∗1 2;+1 6F ig 3 A semi lo g plot of pore diffusivity againstinitial pr otein concentration (q 0=0)Table 1 Physical properties of proteins (25()Protein M r D ./1011/m 2∋s -1r s /nm pI Ref BSA 670006 953 594 9[8,14] globulin 158**** **** 596 5[14,15]Ovalbum i n450008 352 934 7[8,14]217第54卷第2期 陈卫东等:吸附密度对蛋白质在离子交换吸附剂中孔扩散系数的影响目前文献中关于蛋白质初浓度与扩散系数关系的研究报道极少.Gibbs等[16]使用脉冲场梯度核磁共振光谱法(pulsed field gradient NM R spectroscopy)研究了尺寸维度更小的卵清蛋白(ovalbumin)(物性见表1)在TSK HW65S(平均孔径100nm)中的扩散行为(Tris HCl缓冲液, pH值8 0,卵清蛋白浓度范围为0~187 5mg∋ml-1),发现其有效扩散系数随蛋白质初浓度增加呈线性减少.进一步对其数据分析发现,用指数形式亦可表示其相互关系,其趋势与本研究结果相符.Duri等[17]使用膜 孔扩散模型研究了染料Basic Blue69、Basic Red22、Basic Yellow21以及它们的二聚物和三聚物在活性炭Filtrasorb400中的间歇吸附动力学,发现吸附剂内这些中等分子量溶质的有效扩散系数随其初浓度增加呈指数减小.本研究结果和已报道文献表明,凝胶或吸附剂的孔径与蛋白质Stokes半径的比值对孔扩散系数和蛋白质初浓度的关系有较大影响,在较大的比值范围内孔扩散系数随蛋白质初浓度增大呈指数下降.3 3 吸附密度对孔扩散系数的影响BSA初浓度为0 3、1 2和2 2mg∋ml-1,在动力学实验结束时刻(10m in)的吸附密度径向分布示于图4.由图可见,随蛋白质初浓度升高,相同时刻下吸附密度增大.与Gibbs等[16]的研究结果对比(见3 2节),TSK H W65S对卵清蛋白无吸附作用,其研究的卵清蛋白初浓度范围很大,导致有效扩散系数下降的主要原因是黏度增大.考虑本研究中蛋白质初浓度较低(<2 6m g∋m l-1),黏度变化较小,浓度增高对孔扩散系数的影响不大.分析随蛋白质初浓度增大吸附密度增大,引起空间阻滞作用增大可能是造成孔扩散系数降低的主要原因.因此,进一步考察了不同蛋白质初浓度下平均吸附密度对孔扩散系数的影响.平均吸附密度用下式计算q=q0+q2(8)其中q为实验结束时的吸附密度,用式(4)计算.将不同蛋白质初浓度下平均吸附密度与孔扩散系数的关系作图,结果示于图5.由图可见,随蛋白质初浓度增大,吸附过程中的平均吸附密度增大,孔扩散系数呈指数下降.图5所示结果进一步证实,图3反映的蛋白质初浓度对孔扩散系数的影Fig 4 Radial distribution of BSA adsorptiondensity in adsor bent par ticle at end ofadsorption ex periment(10min)F ig 5 A semi lo g plot of po re diffusiv ityagainst average adsorpt ion density atdiffer ent initial pr otein concentrations响实际上是吸附密度的作用:随吸附密度增大,吸附剂的有效孔径减小,造成孔收缩,对蛋白质的阻滞作用增强,从而引起孔扩散系数下降.为进一步研究吸附密度对孔扩散系数的影响,制备了不同初始吸附密度的吸附剂,利用其进行动力学实验,所得结果示于图6.由图可见,随蛋白质平均吸附密度增大,孔扩散系数呈指数下降.在较小的平均吸附密度范围内 球蛋白的孔扩散系数与自由溶液中扩散系数的比值D p/D.从0 032下降到0 014,而在较大的平均吸附密度范围内BSA从0 95下降到0 25,蛋白质初浓度下平均吸附密度的情况亦相似(见图5).由此可见,与3 2节结论一致,蛋白质分子尺寸越大,孔扩散系数下降趋势越明显.目前,文献中未见平均吸附密度对孔扩散系数影响的研究报道.大分子蛋白质在吸附剂中的扩散行为是复杂的,粒子孔径、蛋白质半径、蛋白质浓度和吸附密度等都对扩散过程有显著影响.对于蛋白质分子形状和大小对扩散影响的研究[10]表明,218化 工 学 报 2003年2月Fig 6 A semi log plot of pore diffusivityag ainst average adsor ption density atdiffer ent initial adso rption densities蛋白质分子半径越大,阻滞作用越明显.由于蛋白质的吸附过程是一个吸附密度逐渐增加、吸附剂有效孔径逐渐收缩、孔扩散系数逐渐减小的过程,确定蛋白质初浓度和吸附密度与孔扩散系数的关系,并将其引入动力学模型,将提高模型的适用性和准确性,更有效地指导色谱分离过程.4 结 论研究了蛋白质初浓度和平均吸附密度对蛋白质孔扩散系数的影响,结果表明:随蛋白质初浓度和平均吸附密度的增大,孔扩散系数均呈指数下降,且蛋白质分子尺寸越大下降趋势越明显;吸附剂孔径与蛋白质Stokes半径的比值对蛋白质初浓度与孔扩散系数的关系有显著影响.蛋白质初浓度和平均吸附密度与孔扩散系数关系的确定,将有助于提高色谱过程动力学模型的适用性和准确性.符 号 说 明B000吸附剂体积与溶液体积比c000液相主体蛋白质浓度,mg∋ml-1c p000吸附剂孔内蛋白质浓度,mg∋ml-1c0000液相主体蛋白质初浓度,mg∋ml-1D p000孔扩散系数,m2∋s-1D.000无限稀释水溶液中蛋白质的扩散系数,m2∋s-1K d000解离常数(L angmuir吸附等温方程参数),mg ∋ml-1M r000蛋白质相对分子质量pI000等电点q000空间平均吸附密度,mg∋ml-1q m000吸附容量(L angmuir吸附等温方程参数),mg ∋ml-1 q0000初始吸附密度,mg∋ml-1R000吸附剂半径,mr s000Sto kes半径,nmt000时间,minV000体积,mlp000吸附剂的有效孔隙率上角标000平均值下角标i000孔内点位置L000液相p000孔内S000固相References1 Lin Bingchang(林炳昌).Th eoretical Basis on NonlinearChromatographic M athematical M odel(非线性色谱数学模型理论基础).Beijing:Science Press,1994 12 Chen Weidong(陈卫东),Sun Yan(孙彦).Analysis of StericM as s acti on M odel for Protein Ion exchange Equilibrium.J Chem Ind E ng (China)(化工学报),2002,53(1):88 3 Wilson J N.A T heory of Chromatography.J A m Che mSoc ,1940,52:15834 M artin A J P,Synge R L M Zonal Chromatographi c Analysi s of theInteraction of Alcohol Dehydrogenase with Blue sepharose.Biochem J ,1941,35:13585 Boyer P M,Hsu J T Effects of Ligand Concentration on Protei nAds orpti on in Dye Ligand Adsorbents.Chem Eng Sci , 1990,47:2416 Wright P R,M uzz i o F J,Glasser B J Batch Uptake of Lysozyme:Effect of Soluti on Viscosity and M ass T ransfer on Adsorption.Biotechnol Prog ,1998,14:9137 Whitley R D,Cott K E V,Berninger J A,Wang N H L Effectsof Protein Aggregation in Is ocratic Nonlinear Chromatography.AIChE Jou rnal,1991,37:5558 Johnson E M,Berk D A,Jain R K,Deen W M Diffusion andPartitioning of Proteins in Charged Agarose Gels.Biophys J , 1995,68:15619 J i n X Z,Talbot J L,W ang N H L Analysis of Steric HindranceEffects on Adsorption Kinetics an d Equilibria.AIChE Jour nal, 1994,40:168510 Garke G,Hartmann R,Papam i chael N,Deckwer W D,AnspachF B T he Influence of Protein Size on Adsorption Ki netics andEquilibri a i n Ion exchange Chromatography.S e p Sci Technol ,1999,34:252111 He L Z,Dong X Y,Sun Yan A Diffusion M odel of Protein andEluant for Affinity Filtration.Biochem Eng J ,1998,2: 5312 Herak D C,M erri ll E W Affini ty Cros s fl ow Filtration:Experimental and M odeli ng Work Using the System of HSA and Cibacron Blue agarose.Biotechnol Prog ,1989,5:913 Li apis A I,Anspach B,Findley M E Biospecfic Adsorption ofLysozyme onto M onoclonal Antibody Ligand Immobi lized on219第54卷第2期 陈卫东等:吸附密度对蛋白质在离子交换吸附剂中孔扩散系数的影响Nonporous Silica Particles.Biote ch nol Bioeng ,1989,34:46714 Boyer P M,Hsu J T Experimental Studies of Restricted ProteinDiffusion i n an Agarose M atrix.A IChE Jou rnal,1992,38:25915 M e ng Q C,Chen Y F Effect of Steric Exclusion on the Separation ofProtei ns by Hydrophil ic Size exclusion Chromatography.J Chromato g ,1988,445:2916 Gibbs S J,Lightfoot E N,Root T W Protein Diffusion in PorousGel Filtration Chromatography M edia Studied by Pulsed Fi eld Gradient NM R Spectroscopy.J Phys Chem ,1992,96: 745817 Duri B A,M ckay G Pore Diffusion:Dependence of the EffectiveDiffusivity on the Initial Sorbate Concentrati on in S ingle and M ultisolute Batch Adsorption Sys tems.J Che m Tech Biotechnol ,1992,55:245信息与交流国产高纯芥酸酰胺可替代进口品由江西永友化工有限公司自主研制开发的高纯芥酸酰胺新产品,近日通过了由江西省经贸委组织的技术鉴定.专家认为,该产品的各项指标均达到Q/YY005 2002企标要求,酰胺含量(纯度)为99 3%.经国内石化树脂加工应用研究所评价,该高纯芥酸酰胺的性能与进口同类产品相当.上海、北京、山东等地的大型石化企业工业化应用表明,该产品可替代进口,符合市场需求.芥酸酰胺是一种市场前景广阔的非离子表面活性剂,广泛应用于塑料、工程塑料、化妆品、医药、环保涂料和油墨、造纸、金属制品等领域.目前,全国只有两套从国外引进的芥酸生产装置,且均以高芥酸(>50%)的菜籽油为原料,对低芥酸(<30%)的菜籽油脂肪酸则缺乏针对性和适用性.因此,高纯、优质的芥酸酰胺(>98 5%)不仅在国内的需求很大,出口前景也看好.近年来,随着油菜籽品种的调整,中低芥酸含量的菜籽油明显增加,精炼油加工过程中的副产物油脚更是显著增加.仅安徽、浙江、湖南、江西等省的年产量就超过2万吨,除用于制取软脂酸和油酸外,剩余部分的芥酸一直没有被提取利用.为此,该公司选用菜籽油脂肪酸(油脚)为原料,研制开发了一套新的工艺技术,生产出的高纯芥酸酰胺品质合格,不仅可满足国内需要,还可出口创汇.永友化工有限公司经过近两年的艰苦攻关,完成了研制开发工作,并于2002年9月试产成功.试生产表明,该公司设计开发的分子蒸馏新工艺制取芥酸,在新的合成催化剂作用下,与尿素反应合成芥酸酰胺,再经分子蒸馏分离、专用溶剂萃取精制及喷雾冷却成型,得到高纯芥酸酰胺,工艺路线新颖合理,生产工艺先进可行.(摘自1中国化工信息网2) 220化 工 学 报 2003年2月。
交换吸附的影响因素
交换吸附的影响因素
交换吸附是指在固体表面上，一种离子被另一种离子所取代的现象。
它是一种表面现象，涉及到离子交换、吸附和解吸等过程，受到许多因素的影响，主要包括以下几个方面：
1. 离子的电荷：离子的电荷是影响交换吸附的重要因素之一。
一般来说，离子的电荷越高，交换吸附的能力越强。
2. 离子的半径：离子的半径也会影响交换吸附的能力。
半径较小的离子更容易被吸附到固体表面上，因为它们与固体表面的相互作用更强。
3. 溶液的酸碱度：溶液的酸碱度会影响离子的存在形式和活性，从而影响交换吸附的能力。
在酸性条件下，氢离子的浓度较高，会抑制其他离子的交换吸附；在碱性条件下，氢氧根离子的浓度较高，会促进其他离子的交换吸附。
4. 温度：温度会影响离子的扩散速度和活性，从而影响交换吸附的能力。
一般来说，温度升高会促进离子的扩散和交换吸附。
5. 固体表面的性质：固体表面的性质也会影响交换吸附的能力。
例如，固体表面的电荷、形貌、孔径等都会影响离子的吸附和解吸。
离子交换介质的选择
2、离子交换介质的选择策略
在实际应用中，离子交换介质的基质、孔结构、配基密度（电荷密度或交换容量）、颗粒大小和分布都会影响介质的层析效果。
亲水性基质往往比疏水性基质具有更好的生物相容性，更适用于蛋白质的分离纯化。
目前常用的离子交换介质的基质大多是琼脂糖。
介质的配基密度越大，越有利于提高介质的处理量和对蛋白质的吸附力，但由于蛋白质大分子与介质间的多位点结合，其构象可能发生变化，从而导致蛋白质的失活，同时这种多位点结合也可使大分子与介质间的结合过于牢固，难以洗脱，造成不可逆吸附。
因此，合适的配基密度是实现大分子高效分离纯化的重要保障。
介质颗粒越小，粒径分布越均匀，理论塔板数越高，分离效果越好。
介质孔径越大，蛋白质分子越容易进入，介质的交换容量越高。
3、缓冲液的选择策略
通过调节pH可以改变蛋白质的带电性质，从而影响蛋白质的离子交换层析行为。
当pH低于蛋白质的等电点（pI）时，蛋白质可被阳离子交换介质吸附；反之则能被阴离子交换介质吸附。
考虑到蛋白质在层析过程中的稳定性，依据等电点选择缓冲液的pH值时，一般选用与蛋白质等电点相差一个单位的pH值，此时蛋白质与介质间的静电作用力大小适中，不仅可以实现蛋白质的有效吸附，而且洗脱条件也比较温和。
本中心生产的离子交换介质列表
本中心目前开发的离子交换层析介质有DEAE（N,N-二乙基氨基乙基）离子交换介质、CM（羧甲基）离子交换介质、Q（N,N-二乙基氨基-2-羟丙基）离子交换介质、SP（磺丙基）离子交换介质。
此外，还可根据客户需求提供不同配基密度的离子交换介质。
蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能
蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能蛋白质作为实现器官功能的基本结构和功能单位，是研究和控制生物过程的重要基础。
因此，在很多生物、医学和分子生物学研究中，研究蛋白质的行为是十分重要的。
蛋白质往往会因其环境的变化而发生不同程度的变化，例如离子交换介质。
本文将重点叙述蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能。
离子交换介质是一类常用的分子分离材料，它可以用于吸附特定分子，而不吸附其他分子。
蛋白质是离子交换介质的典型吸附对象，它可以有效地吸附在介质的表面。
然而，蛋白质在溶剂/吸附剂介质中的吸附行为不只是一次式的过程，而是一种动态的过程。
它可能会随着溶剂和/或介质的类型而发生变化。
有了这种性质，蛋白质在离子交换介质中可以被有效分离。
研究蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能，有很多因素需要考虑，如表面特性、吸附剂种类、pH值、温度、介质流量等。
这些因素可以影响蛋白质在离子交换介质中的吸附性能。
首先，蛋白质在离子交换介质中的吸附性能受其表面特性的影响，一般认为，蛋白质表面的电荷和空间特性会影响其在离子交换介质中的吸附性能。
其次，不同吸附剂也会影响蛋白质在离子交换介质中的吸附性能，例如硅藻土吸附剂和碳酸钙吸附剂可能对不同蛋白质的吸附效果有不同的影响。
此外，pH、温度、介质流速等因素对蛋白质的吸附性能也有所影响。
蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能的研究受益于现代分析手段的开发，如液相色谱和核磁共振等。
色谱和磁共振仪器可以用来定量和定性地测量蛋白质在离子交换介质中的吸附性能，并且有助于在实验中准确测量吸附行为，如吸附率、吸附速率等。
综上所述，蛋白质在离子交换介质中的动态吸附性能是一个复杂的研究领域，它包括多种影响因素，受多种现代分析手段的限制。
研究蛋白质在离子交换介质中的吸附性能可以更好地探索蛋白质的性质，对于蛋白质的结构和功能的认识将有所增加。
为此，在研究蛋白质行为时，综合运用现代分析仪器和有关研究方法，以及更新的算法技术，可以获得更准确的结果，从而更深入地研究蛋白质的动态行为。
蛋白质之间相互吸附的原理
蛋白质之间相互吸附的原理蛋白质是生物体内非常重要的一类生物大分子，它们在细胞中扮演着各种重要的功能角色。
蛋白质之间的相互吸附是生命中一个非常基本的现象，具有重要的生物学意义。
在这篇文章中，我将详细介绍蛋白质之间相互吸附的原理。
蛋白质之间的相互吸附是由于它们的化学性质和结构特征相互作用所引起的。
首先，我们来了解一下蛋白质的结构。
蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸是一种含有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸有20种不同的类型，每一种都有不同的侧链。
蛋白质的生物活性和结构特征主要由氨基酸的序列和氨基酸配位的方式决定。
蛋白质之间的相互吸附可以通过多种方式发生，其中最常见的是静电相互作用、氢键和疏水相互作用。
静电相互作用是由于蛋白质中带电的氨基酸残基之间的相互吸引力。
氨基酸分为带正电荷的氨基酸（如赖氨酸和精氨酸）和带负电荷的氨基酸（如天冬酰胺酸和谷氨酸）。
当带正电荷的氨基酸残基与带负电荷的氨基酸残基相邻时，它们之间会发生静电相互作用，使蛋白质之间发生吸附。
氢键是由于氨基酸之间氢键的形成而引起的相互吸引力。
氢键是一种弱的相互作用力，它主要是通过水分子中氢与带负电的氧原子之间的相互吸引力产生的。
在蛋白质中，氨基酸的羰基和氨基之间可以形成氢键。
当两个蛋白质分子的氨基酸之间形成氢键时，它们之间会发生相互吸附。
疏水相互作用是由于蛋白质中的疏水氨基酸残基之间的相互吸引力而引起的。
疏水相互作用是由于水分子的结构特征而产生的。
水分子中的氧原子和氢原子之间有一定的电负性差异，使水分子形成极性。
当水分子接近带有疏水氨基酸残基的蛋白质时，水分子会排斥这些带有疏水性的氨基酸残基，导致它们之间的相互吸引力，从而使蛋白质之间发生吸附。
除了上述的相互作用力之外，蛋白质之间的相互吸附还受到其他因素的影响，比如溶液中的盐浓度、温度和pH值等。
高盐浓度会抑制蛋白质之间的相互吸附，因为盐离子会中和蛋白质表面的电荷，从而减弱静电相互作用。
温度的变化也会影响蛋白质之间的相互吸附，通常在高温下吸附强度更弱。
离子交换树脂进样速度对杂质吸附的影响
离子交换树脂进样速度对杂质吸附的影响
《离子交换树脂进样速度对杂质吸附的影响》
离子交换树脂是一种常用的化验分离材料，利用其吸附离子的特性可以有效地去除水和溶液中的杂质。
然而，离子交换树脂进样速度对其吸附杂质的效率有着重要的影响。
研究表明，离子交换树脂进样速度较快时，固相和液相接触的时间较短，树脂表面的有效吸附位点没有充分利用。
这将导致树脂对杂质的吸附效率降低，从而影响分离和净化效果。
相反，当离子交换树脂进样速度较慢时，固相和液相的接触时间较长，可以充分利用树脂表面的有效吸附位点，提高了杂质的吸附效率。
因此，在实际应用中，离子交换树脂的进样速度需要根据具体情况进行调整。
对于需要快速分离和净化的样品，可以采用快速进样的方式，以提高样品的处理效率；对于需要高效吸附的样品，可以采用较为缓慢的进样速度，以提高树脂对杂质的吸附效率。
总之，离子交换树脂进样速度对其吸附杂质的效率有着重要的影响，需要根据具体情况进行调整，以提高样品的处理效率和吸附效率。
离子交换分离纯化蛋白原理总结
离子交换分离纯化蛋白原理总结离子交换分离纯化蛋白原理总结Prepared on 22 November 2020离子交换分离纯化蛋白原理及应用离子交换剂基质主要有树脂、纤维素、葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和硅胶（HPLC）等离子交换树脂一般只适合分离小分子物质如氨基酸等，不适合分离蛋白质等大分子物质，一方面是因为大分子不易进入树脂紧密交联结构的内部，另一方面因为交联聚苯乙烯骨架疏水性很强，用于蛋白质分离时，会出现疏水性的不可逆吸附。
此外，离子交换树脂的机械强度较差，而且树脂的体积常随着溶剂离子强度的变化发生溶胀和收缩。
根据交换基团的电荷性质进行分类：阳离子交换树脂：强酸型含磺酸基团(R-SO3H)中等酸型含磷酸基团(-O-PO2H4)弱酸型含酚基、羧基阴离子交换树脂：强碱含季胺基团[-N+(CH3)3]弱碱含叔胺、伯胺基团[-N(CH3)2阴离子交换树脂对化学试剂及热都不如阳离子交换树脂稳定。
弱酸型—只能在碱性pH范围内使用弱碱型—只能在酸性pH范围内使用离子交换纤维素的种类很多，可分为阴离子交换纤维素和阳离子交换纤维素两大类。
由于这些材料是纤维状的，大部分活性基团分布在表面，所以，适合于分离蛋白质等生物大分子。
阴离子交换纤维素—DEAE-纤维素,具二乙胺乙基，阳离子交换纤维素—CM-纤维素,具有羧甲基，分别是应用得最广泛的阴离子交换纤维素和阳离子交换纤维素。
另外，根据纤维素颗粒的物理结构不同，可分为“纤维型”和“微晶型”两大类。
“微晶型”因颗粒细、比重大，能制成紧密的柱，交换容量大，分辨率高。
离子交换凝胶：离子交换葡聚糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶具有许多优点，分离大分子物质，不会引起被分离物质的变性戒失活，非特异性吸附很低；交换容量大(为离子交换纤维素的3-4倍)；容易制成微球型，因此装柱和层析时的流速都较易控制。
它的缺点是随着洗脱液的离子强度和pH的变化，床体积变化大，明显影响流速;另外,由于它的凝胶性质,有时会把大分子物质排阻在网络结构之外。
吸附剂选择在柱层析富集蛋白质中的应用
吸附剂选择在柱层析富集蛋白质中的应用柱层析是一种常用的蛋白质富集方法，它通过将待测样品溶液注入柱中，利用吸附剂的特异性与蛋白质相互作用，从而实现蛋白质的富集分离。
吸附剂的选择对于柱层析富集蛋白质的效果至关重要。
本文将介绍一些常用的吸附剂，以及它们在柱层析富集蛋白质中的应用。
一、离子交换树脂离子交换树脂是最常见的吸附剂之一，它可以根据蛋白质在溶液中的电荷性质选择阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。
相对来说，阳离子交换树脂对于阴性蛋白质的富集更为有效，而阴离子交换树脂适用于阳性蛋白质的富集。
离子交换树脂在柱层析富集蛋白质时，可以通过调节溶液的pH值，改变蛋白质与离子交换树脂之间的相互作用，实现蛋白质的选择富集。
二、金属亲和层析剂金属亲和层析剂常用的有Ni2+、Cu2+、Zn2+等金属离子，它们能够与带有组氨酸残基的蛋白质结合，从而实现蛋白质的富集。
这种层析方法适用于含有His（组氨酸）标签的蛋白质表达产物的富集。
通过调节洗脱缓冲液的pH值和添加特定配体等方法，可以实现富集蛋白质的选择性洗脱。
三、亲水性层析剂亲水性层析剂常用的有聚乙二醇（PEG）和聚丙烯酰胺（PAA）等，它们能够与极性氨基酸相互作用，并与蛋白质形成水合层。
亲水性层析剂在柱层析富集蛋白质时，通常通过控制缓冲液中的亲水性剂浓度，调整蛋白质与吸附剂之间的相互作用，实现对蛋白质的选择性富集。
四、亲疏水性层析剂亲疏水性层析剂常用的有疏水性有机物如乙醇、异丙醇等。
蛋白质在柱层析过程中，通常以其疏水性相互作用进行吸附，通过改变洗脱缓冲液的溶剂浓度和洗脱的pH值等，可以实现对蛋白质的选择性洗脱。
亲疏水性层析方法适用于疏水性蛋白质的富集。
总结起来，吸附剂选择对于柱层析富集蛋白质的效果至关重要。
离子交换树脂适用于电荷性质的选择性富集，金属亲和层析剂适用于含有His标签的蛋白质的富集，亲水性层析剂适用于与极性氨基酸相互作用的富集，亲疏水性层析剂适用于疏水性蛋白质的富集。
负载离子交换树脂技术在蛋白质富集中的应用
负载离子交换树脂技术在蛋白质富集中的应用负载离子交换树脂（Loaded ion exchange resin）作为一种重要的分离纯化技术，被广泛应用于蛋白质富集领域。
本文将探讨负载离子交换树脂技术在蛋白质富集中的应用，并重点介绍其原理、优势以及研究进展。
一、背景介绍蛋白质富集是生物学研究中非常重要的一环，因为蛋白质的富集和纯化对于深入理解其结构、功能以及相互作用具有关键作用。
传统的蛋白质富集方法如沉淀、柱层析等存在效率低下、操作繁琐以及低样品适应性等问题。
而负载离子交换树脂技术因其高效性、选择性和稳定性而成为了蛋白质富集的优选方法。
二、原理介绍负载离子交换树脂技术通过静电作用和吸附机制将目标蛋白质与其他成分分离，以实现对蛋白质的富集。
该技术的基本原理是树脂固定负载了具有特定离子交换功能的活性基团，这些基团可以选择性地与蛋白质中的静电和亲和相互作用，从而实现对蛋白质的富集。
负载离子交换树脂的选择主要考虑到样品的性质以及目标蛋白质的特殊性质。
一般而言，正负离子交换树脂可用于酸性和碱性蛋白质的富集，而亲和性树脂则专门用于某些具有特定结构或功能的蛋白质的富集。
三、优势分析负载离子交换树脂技术具有以下优势：1. 高效性：负载离子交换树脂具有较大的比表面积和孔隙结构，能够提供充足的结合位点，从而实现对蛋白质的高效富集。
2. 选择性：由于不同蛋白质具有不同的静电和亲和性质，负载离子交换树脂可以根据蛋白质的特殊性质进行选择，实现对目标蛋白质的特异性富集。
3. 可重复使用：负载离子交换树脂具有良好的稳定性，可以经过再生后重复使用，从而节约实验成本。
四、研究进展随着生物学技术的快速发展，负载离子交换树脂技术在蛋白质富集领域也得到了广泛的应用。
目前，已有许多研究对利用负载离子交换树脂技术进行蛋白质富集进行了深入研究。
1. 利用负载离子交换树脂技术富集高丰度蛋白质：通过改变树脂材料和操作条件，研究人员成功富集了血浆、尿液等体液中含量极低的高丰度蛋白质，为临床诊断和生物标志物研究提供了重要支持。
树脂胶分离技术在蛋白质分离提纯中的应用
树脂胶分离技术在蛋白质分离提纯中的应用蛋白质是生物体中至关重要的分子，它们支持生命的一切活动，从传递基因信息到构建细胞和组织结构，并参与代谢调节、免疫系统和神经系统。
研究蛋白质的结构和功能有利于深入了解生命的基本特性和治疗疾病的机制。
然而，纯化和分离蛋白质是一项复杂的工作，需要高效、可靠和经济的方法。
在这方面，树脂胶分离技术已成为常用的选择之一。
树脂胶是一种具有可调孔径和表面特性的材料，可以通过吸附、排除、交换离子、亲和、分子工程等多种模式与蛋白质相互作用。
在分离提纯过程中，通常采用离子交换、亲和和透析三种基本模式，以满足特定的目标和需求。
离子交换是最常用的树脂胶分离技术之一。
它利用树脂胶上带有的阴、阳离子团与蛋白质表面带有相反电荷的残基之间的静电作用，使蛋白质在树脂胶上进行吸附和解吸。
离子交换树脂胶可以根据蛋白质带电量大小和目标千分率选择不同的树脂种类和操作条件。
例如，阳离子交换树脂胶对带负电荷的蛋白质有选择性，可以将其与带正电荷的树脂胶分离，而阴离子交换树脂胶则适合用于带正电荷的蛋白质分离。
亲和分离是另一种常用的树脂胶分离技术。
它利用树脂胶上特定的化学结构，如金属、生物素、抗体、配体等与蛋白质的特定位点相互作用，实现高度特异性和选择性的分离。
亲和分离树脂胶具有一定的亲和力和尺寸排斥作用，可诱导蛋白质在树脂胶表面聚集并形成固定结合。
透析分离是将蛋白质和小分子物质或其他大分子物质通过半透膜分离的一种分离技术。
树脂胶在透析过程中作为分子筛和填料，具有选择透性和尺寸排斥作用，可以过滤杂质和小分子物质，同时保留目标蛋白质。
透析分离通常用于在低浓度、高通量、对蛋白质质量不敏感的情况下进行分离提纯。
无论是离子交换、亲和还是透析分离，树脂胶分离技术都有其独特的优缺点和应用范围。
例如，离子交换是一种普遍适用的技术，可以用于各种类型的蛋白质分离，但是需要一些优化，以减少非特异性吸附、洗脱效率低等问题；亲和分离具有极高的特异性和选择性，但是受到树脂胶的稳定性、亲和剂的成本和再生效率等因素的限制；透析分离则可以实现高效的杂质去除和目标蛋白质的选择性保留，但是需要选择合适的膜孔径和填料，以及控制透析时间和操纵温度，以避免蛋白质损失和污染。
琼脂糖-DEAE离子交换介质的配基密度和孔径对BSA吸附的影响
琼脂糖-DEAE离子交换介质的配基密度和孔径对BSA吸附的影响卢慧丽; 林东强; 姚善泾【期刊名称】《《化工学报》》【年(卷),期】2011(062)011【总页数】7页(P3164-3170)【关键词】离子交换色谱; 配基密度; 介质孔径; 蛋白吸附【作者】卢慧丽; 林东强; 姚善泾【作者单位】化学工程联合国家重点实验室浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TQ028离子交换色谱（ion－exchange chromatography，IEC）是以离子交换介质为固定相，依据流动相中带电溶质与介质荷电基团之间静电相互作用的强弱差异，实现溶质的分离。
IEC已被广泛应用于蛋白质的分离纯化，是生物下游过程的最有效方法之一［1－3］。
离子交换色谱的分离性能受到流动相和固定相的影响。
对于流动相，通过改变pH 和离子强度可以改变蛋白质与介质所带电荷，从而影响二者间静电相互作用，实现蛋白的吸附与解吸，这已成为IEC过程开发的主要调节参数［4］。
对于固定相，配基密度和介质孔径是最关键的因素，然而目前相关研究却不够深入。
配基密度决定了静电相互作用的强弱，对目标蛋白的静态吸附、动态吸附和吸附动力学都有较大的影响［5－9］。
研究表明，对于特定的目标蛋白，配基密度并不是越大越好。
增加配基密度可以提高蛋白吸附的可能性，但也会带来介质内部的空间位阻，增加传质阻力［5］。
介质孔径则影响蛋白质的孔内传质，对于生物大分子尤为重要，但孔结构的表征十分困难。
总之，配基密度和介质孔径对于色谱分离的影响十分复杂，相关认识却十分缺乏，不利于蛋白质分离过程的优化，无法实现色谱介质的合理设计。
本文拟制备具有不同配基密度和介质孔径的系列离子交换介质，探讨其对蛋白质吸附的影响。
采用3种不同琼脂糖浓度的凝胶为基质，以表征不同的平均孔径，将阴离子交换配基DEAE分别偶联到3种基质上，通过控制偶联条件，得到不同配基密度和介质孔径的阴离子交换色谱介质。
蛋白质的吸附变性及污染防治
MYO, ph7.41 BSA,ph5.05
1 0.5 0 0 2000 4000 concentration, ppm
Competitive adsorption
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1000 2000 MYO concentration after adsorption after buf desorption after SDSdesorption
其中R1,R2,R3,R4……代表各种氨基酸含有不同基团的侧 链,它对保持蛋白质看见结构和行使蛋白质的功能起着重 要作用,每个-NHCH(R)CO-称为氨基酸残基.
蛋白质除了上述的一级结构外,还有二级结构(-螺旋结构,-折叠结 构,转角结构,自由回转等),三级结构(在二级结构基础上形成的很不 规则的构象)和四级结构(由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚 合而成特定的构象),因此蛋白质分子除通常主要的化学键外还有许多其 他重要的化学键如氢键,二硫键,离子键,酯键,疏水键和范德华力(图 7-7)〔5-6〕,这些键中的一种或几种都影响蛋白质的吸附过程.尽管不是每 种蛋白质都包含有上述所有键,但是对于任何一种蛋白质由于其固有的氨 基酸结构,在1541cm-1(Amide II)和1642cm-1(Amide I)附近有较强的 吸收峰 .
蛋白质的吸附,变性及污染防治
l
引起通量下降的主要原因 蛋白质的吸附过程 膜过程的污染防治与清洗
l
l
引起通量下降的原因
时间
通量
蛋白质的一般性质
蛋白质是由许多氨基酸通过肽键相连而成的高分子物 质,各种蛋白质中氨基酸的组成排列顺序和肽链的立体 结构都各不相同.蛋白质分子中氨基酸残基的连接方式 和排列顺序就是蛋白质的化学结构(也叫一级结构).
盐种类和浓度对蛋白质疏水性吸附过程有效孔扩散系数的影响
盐种类和浓度对蛋白质疏水性吸附过程有效孔扩散系数的影响刘建华;史清洪;陈捷;孙彦【摘要】研究了牛血清白蛋白在配基密度不同的两种疏水性吸附剂Phenyl Sepharose FF low sub和Phenyl Sepharose FF high sub上的吸附平衡和孔内传质动力学,重点考察了盐种类和浓度的影响.结果表明,Na2SO4溶液中盐浓度的增加导致蛋白质吸附容量的增大和解离常数的降低比(NH4)2SO4溶液更显著.利用孔扩散模型得到的有效扩散系数随盐浓度及配基密度的增大而提高,表明表面扩散作用对孔内传质的贡献随吸附容量提高而增大.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2006(057)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】疏水性吸附;牛血清白蛋白;孔扩散;表面扩散;孔扩散系数【作者】刘建华;史清洪;陈捷;孙彦【作者单位】天津大学化工学院生物化工系,天津,300072;天津大学化工学院生物化工系,天津,300072;天津大学化工学院生物化工系,天津,300072;天津大学化工学院生物化工系,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 5 7 卷第 1 期化工学报V o l.5 7 N o.1 20 0 6 年 1 月 Jo u r n a l o f C h e m i c al I n d u s t r y a n d E n gi n e e ri n g ( C hi n a ) Ja n u a r y 2 0 0 6盐种类和浓度对蛋白质疏水性吸附过程有效孔扩散系数的影响刘建华，史清洪，陈捷，孙彦（天津大学化工学院生物化工系，天津 3 0 0 0 7 2 ）摘要：研究了牛血清白蛋白在配基密度不同的两种疏水性吸附剂 P h e n yl S e p h a r o s e F F l o w s u b 和 P h e n yl S e p h ar o s e F F h i g h s u b 上的吸附平衡和孑 L 内传质动力学，重点考察了盐种类和浓度的影响，结果表明， N a z S O t 溶液中盐浓度的增加导致蛋白质吸附容量的增大和解离常数的降低比 ( N H ；) 。
反离子对部分电荷中和的聚乙烯亚胺接枝介质的蛋白质色谱行为的影响
反离子对部分电荷中和的聚乙烯亚胺接枝介质的蛋白质色谱行为的影响翟秋红;余林玲;孙彦【摘要】前期研究表明部分电荷中和的聚乙烯亚胺接枝琼脂糖介质FF-PEI-R440具有较高静态吸附容量和快速传质速率.本文选取硫氰酸根离子、氯离子、磷酸氢根离子以及硫酸根离子这4种反离子,在离子强度为0.03、0.06 mol·L?1下,研究其对FF-PEI-R440吸附与洗脱行为的影响.结果表明:在两种离子强度下,饱和吸附容量的增加顺序均为SCN?<SO42?<HPO42?<Cl?;在低离子强度下,除SCN?外,反离子种类对传质速率和动态结合容量没有显著影响;在高离子强度下,传质速率的增加顺序为SCN?<SO42?≈Cl?<HPO42?,而动态结合容量的增加顺序与饱和吸附容量序列一致;两种离子强度下Cl?均保持最高的动态结合容量;反离子种类对蛋白质洗脱行为没有显著影响.上述结果说明反离子主要影响FF-PEI-R440的吸附性能,而不影响洗脱,且流动相中选择Cl?为反离子最利于FF-PEI-R440的实际柱色谱操作.%The partially neutralized poly(ethylenimine)-grafted Sepharose FF, FF-PEI-R440, exhibited higher protein capacity and faster uptake rate than its starting resin FF-PEI-L740. In this work, the influence of counterions on protein adsorption onto and elution from the FF-PEI-R440 resin was investigated with sodium salts of SCN?, Cl?, HPO42?and SO42? at ionic strengths of 0.03 mol·L?1and 0.06 mol·L?1. It was found that the static adsorption equilibrium of FF-PEI-R440 was significantly influenced by the counterions, and the adsorption capacity increased in the order of SCN?<SO42?<HPO42?<Cl?at the two ionic strengths. At the low ionic strength, the counterions had no significant effect on the uptake rate anddynamic binding capacity except for SCN?. At high ionic strength, the uptake rate increased in the order of SCN?<SO42?≈Cl?<HPO42?. Dynamic binding capacity increased in the order of SCN?<SO42?<HPO42?<Cl?, the same of the order of adsorption capacity. The dynamic binding capacity kept the highest values when Cl? existed at the two ionic strengths. Protein elution was little affected by counterions. The results indicated that the adsorption performance of FF-PEI-R440 was affected by counterions and the Cl? was the most favorable couterion for column operation.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)011【总页数】8页(P4178-4185)【关键词】离子交换色谱;聚合物接枝;反离子;吸附平衡;动力学;动态结合容量;线性梯度洗脱【作者】翟秋红;余林玲;孙彦【作者单位】天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室,天津 300072;天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室,天津 300072;天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TQ033离子交换色谱（IEC）因其具有处理量大、分辨率高、对生物活性物质友好等优势，已被广泛应用于蛋白类药物的分离纯化[1-3]。
蛋白质化学中的层析技术
1、盐析法
盐离子与水分子作用，原来溶液中大部 分的自由水转变为盐离子的水化水，从而降 低蛋白质极性基团与水分子之间的作用，破 坏蛋白质分子表面的水化层，暴露出来的蛋 白质表面疏水性区域相互结合，形成沉淀。
2、等电点沉淀
在溶液pH值等于蛋白质等电点时，蛋白 质的溶解度最小，容易互相吸引，聚合成沉 淀；加入盐离子会破坏这些吸引力，使分子 散开，溶入水中。
大颗粒
低
短
快
2、离子交换剂的处理
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。
水悬浮
去除杂质和细小颗粒
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。
3、缓冲液的选择
二、层析的分类
按固定相基质的形式： 柱层析、纸层析和薄层层析
根据流动相的形式： 液相层析、气相层析
凝胶过滤
离子交换
疏水层析
原理
亲和层析
吸附层析
分配层析
三、层析前蛋白质处理
主要是利用盐析法、等电点沉 淀、有机溶剂沉淀等方法，使目的 蛋白与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、 既能除去大量杂质，又能浓缩蛋白 质，但分辨率低。
弱碱性、阴离子交 换剂
DEAE+
Cl—
3.5±0.5
弱碱性、阴离子交 换剂
QAE+
Cl—
3.0±0.4
CM-A- sephadex 25
CM- sephadex A-50 SP- sephadex A-25 SP- sephadex A-50
弱碱性、阳离子交 换剂
本地蛋白肽离子交换作用
本地蛋白肽离子交换作用蛋白肽是由氨基酸组成的短链肽，具有广泛的生物学功能。
而离子交换作用是指溶液中带电离子与载有相反电荷的固体表面之间的相互作用。
本文将探讨本地蛋白肽离子交换作用的原理、应用以及未来的研究方向。
一、本地蛋白肽离子交换作用的原理本地蛋白肽离子交换作用是指蛋白肽与固体表面上的离子交换基团之间的相互作用。
在溶液中，蛋白肽分子带有正电荷或负电荷，而固体表面上的离子交换基团则带有相反的电荷。
当蛋白肽分子接近固体表面时，它们与离子交换基团之间发生静电相互作用，使蛋白肽分子吸附在固体表面上。
这种作用的原理可以用离子交换的化学平衡来解释。
当蛋白肽分子与离子交换基团接触时，溶液中的离子与固体表面上的离子交换基团之间发生交换作用。
这种交换作用导致固体表面上的离子交换基团与蛋白肽分子之间形成了离子对，从而使蛋白肽分子吸附在固体表面上。
二、本地蛋白肽离子交换作用的应用本地蛋白肽离子交换作用在生物医学领域具有广泛的应用。
首先，它可以用于蛋白质纯化和富集。
蛋白质混合物中的目标蛋白质可以通过与离子交换基团的相互作用实现分离和富集。
这种方法不仅可以提高蛋白质的纯度，还可以减少蛋白质的损失。
本地蛋白肽离子交换作用还可以用于药物传递系统的设计。
通过调控蛋白肽与载体表面的离子交换作用，可以控制药物的释放速率和药物在体内的分布。
这种方法可以提高药物的疗效，并降低副作用。
本地蛋白肽离子交换作用还可以用于蛋白质的结构研究。
通过测量蛋白质在离子交换剂上的吸附和解吸过程，可以揭示蛋白质的结构和构象变化。
三、本地蛋白肽离子交换作用的研究进展与未来方向本地蛋白肽离子交换作用的研究主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员正在开发新型的离子交换剂，以提高蛋白质的吸附容量和选择性。
其次，他们还在探索蛋白质与离子交换基团之间的相互作用机制，以揭示其在蛋白质纯化和药物传递中的作用。
未来，本地蛋白肽离子交换作用的研究将面临一些挑战。
首先，研究人员需要深入了解蛋白质与离子交换基团之间的相互作用机制，以提高蛋白质的吸附容量和选择性。
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ＺＨＡＮＧ Ｇｕｉ—ｆｅｎｇ ．ＳＵ Ｚｈｉ．ｇｕｏ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ａｇ ｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉａｎ ２７１０１８；
杨小雁 ，李 雯露 ，孔英俊 ，王 明林 ，张贵锋 ，苏 志国
（１．山 东农业 大 学 食 品科 学与 工程 学 院 ，泰 安 ２７１０１８； ２．中国科 学院 过 程 工程研 究所 生化 工程 国 家重点 实验 室 ，北京 １００１９０）
摘 要 利用双偏振 极化干 涉测量仪 （ＤＰＩ）研 究 了离子 交换配基 密度 对蛋 白质 吸 附行 为的 影响。 用 Ｎ，Ｎ．二 乙基
（ＤＰＩ）．Ｔｈ ｅ ｓｅｎｓｏｒ ｃｈｉｐｓ ｏｆ ＤＰ１ ｗｅｒｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ３－ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙ一１一ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＤＡＰＴＭＳ）．Ｔｈｅ ｌｉｇａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ｃｈｉｐｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｕｓｉｎｇ Ｘ－ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ｌｙｓｏｚｙｍ ｅ，ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ，ｃｈｙｍｏｔｒｙｐｓｉｎ，ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎ ａｎｄ ｉｍ ｍｕｎｏ— ｇｌｏｂｕｌｉｎ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｏｄｅｌ ｐｒｏｔｅｉｎｓ．Ｔｈ ｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｆ ｉｖｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ａｄｓｏｒ ｐｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｈｉｐｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ＤＰＩ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａ ｓｅ ｏｆ ｌｉｇａ ｎ ｄ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅ ａｄｓｏｒ ｐ－ ｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ａ ｎ ｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａ ｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｇｒｅｗ．Ｔ ｈ ｅ ｓｐａｔｉａ ｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｒｏ· ｔｅｉｎｓ，ｅｓｐｅｃｉａ ｌｌｙ ｉｍｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ，ｗａｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｌｉｇａ ｎ ｄ ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｍｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｉａｍ ｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｉｇａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆ ｉｅｄ ｃｈｉｐ ａｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ａ ｍ ｏｕｎｔ．ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｐａｔｉａ ｌ ｓｔｒ ｕ ｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ；ｌｉｇａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ；ａｄｓｏｒ ｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ；ｄｕａ ｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ
离子交换层析是 一种 高效 的分离 方法 ，已广泛 应 用于蛋 白质 、多肽 以及核酸等生物大分子 的分离纯化 ，
随之 增 加 ，起 始 吸 附速 率 随 之 增 大 ；蛋 白的 空 间形 态与 配 基 密度 密切 相 关 ，特 别 是 免 疫 球 蛋 白 ，蛋 白层 厚度 远 小 于 其
分 子 直径 ，空 间形 态发 生 变化 。 证 明 配 基 密度 是 影 响 界 面上 蛋 白质 吸 附 量 、吸 附 密度 和 空 间 形 态 等吸 附行 为 的 关 键
因 素 。
关 键 词 离子 交 换 色谱 ；配 基 密度 ；吸 附 行 为 ；双 偏 振 极 化 干 涉 测 量仪
中图分类号 ＴＱ０２８；０６２号 ２ｏ９５—１７３６（２０１６）０２—００３９—０５
Ｅｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃｈｒｏｍ ａｔｏｇｒａｐｈｙ ｌｉｇａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎｓ
第 ３３卷第 ２期 ２０１６年 ４月
生 物 学 杂 志
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＩＯＬＯＧＹ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—１７３６．２０１６．０２．０３９
Ｖｏｌ｜３３ Ｎｏ．２ Ａｐｒ，２０１６
离 子 交 换 配 基 密 度 对 蛋 白质 吸 附 行 为 的 影 响
２． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｄｕａｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ
一 ３一氨基 丙基三 甲氧基硅烷 （ＤＡＰＴＭＳ）对 ＤＰＩ芯片进行修饰 ，利用 ｘ射 线光 电子能谱表 征 了芯 片上 配基 密度 的差
异 。以溶 茵酶、细胞 色素 ｃ、糜蛋 白酶 、牛血清 白蛋 白和免疫球蛋 白为模 型蛋 白 ，利 用 ＤＰＩ研 究 了５种蛋 白质在不 同
配基 密度界 面上吸附量 、吸 附密度和 空间形态。结果表 明 ，随着配基 密度 的增加 ，蛋 白在界 面上的吸 附量 、吸 附密度