生物大分子分离纯化技术
生物大分子的分离纯化（透析、超滤、冷冻干燥）
生物大分子的分离纯化（透析、超滤、冷冻干燥）生物大分子的分离纯化（透析、超滤、冷冻干燥）2. 透析自Thomas Graham 1861年发明透析方法至今已有一百多年。
透析已成为生物化学实验室最简便最常用的分离纯化技术之一。
在生物大分子的制备过程中，除盐、除少量有机溶剂、除去生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术。
透析只需要使用专用的半透膜即可完成。
通常是将半透膜制成袋状，将生物大分子样品溶液置入袋内，将此透析袋浸入水或缓冲液中，样品溶液中的大分子量的生物大分子被截留在袋内，而盐和小分子物质不断扩散透析到袋外，直到袋内外两边的浓度达到平衡为止。
保留在透析袋内未透析出的样品溶液称为"保留液"，袋（膜）外的溶液称为"渗出液"或"透析液"。
透析的动力是扩散压，扩散压是由横跨膜两边的浓度梯度形成的。
透析的速度反比于膜的厚度，正比于欲透析的小分子溶质在膜内外两边的浓度梯度，还正比于膜的面积和温度，通常是4℃透析，升高温度可加快透析速度。
透析膜可用动物膜和玻璃纸等，但用的最多的还是用纤维素制成的透析膜，目前常用的是美国Union Carbide （联合碳化物公司）和美国光谱医学公司生产的各种尺寸的透析管，截留分子量MwCO（即留在透析袋内的生物大分子的最小分子量，缩写为MwCO）通常为1万左右。
商品透析袋制成管状，其扁平宽度为23 mm～50 mm不等。
为防干裂，出厂时都用10％的甘油处理过，并含有极微量的硫化物、重金属和一些具有紫外吸收的杂质，它们对蛋白质和其它生物活性物质有害，用前必须除去。
可先用50％乙醇煮沸1小时，再依次用50％乙醇、0.01 mol/L碳酸氢钠和0.001 mol/L EDTA溶液洗涤，最后用蒸馏水冲洗即可使用。
实验证明，50％乙醇处理对除去具有紫外吸收的杂质特别有效。
使用后的透析袋洗净后可存于4℃蒸馏水中，若长时间不用，可加少量NaN2，以防长菌。
生物大分子分离与纯化技术
生物大分子分离与纯化技术是生物学、生物医学和生物工程领域中非常重要的技术之一。
它可以用于提取和分离生物大分子，从而达到纯化的目的。
本文将着重探讨的原理、方法和应用。
一、原理在生物细胞中，不同的生物大分子有着不同的形态、结构和性质。
为了分离和纯化这些生物大分子，需要利用它们的理化性质差异。
例如，蛋白质可以通过电泳分离，根据电荷、分子量等差异分离出不同的成分；核酸则可以通过浓度梯度离心分离，根据密度差异分离出单独的成分。
还有一些生物大分子，如多肽、糖类、脂质等，可以通过其他特殊方法分离。
二、方法1. 柱层析法柱层析法是中常用的重要方法之一。
它利用固定相（柱子中的树脂）和流动相（洗脱缓冲液）之间的相互作用来分离和纯化生物大分子。
根据固定相和洗脱缓冲液的不同性质，可以选择不同的柱层析方法，例如离子交换层析、凝胶过滤层析和亲和层析等。
2. 电泳法电泳法是基于生物大分子的电荷差异和分子量差异的原理，将不同的生物大分子分离并捕获的技术。
根据电泳介质、运行方式以及电场的不同条件，可以选择不同的电泳方法，如蛋白质电泳、DNA电泳、脂质电泳等。
3. 超滤法超滤法是利用微孔过滤膜的不同截留分子量，将生物大分子按照大小分离纯化的技术。
超滤法分为正压式和负压式，正压式是通过液体压力将生物大分子向膜孔内压缩，从而分离得到小分子；负压式是通过负压将大分子向膜孔内吸附，难以通过的是大分子。
4. 溶剂萃取法溶剂萃取法是将生物大分子从混合物中溶解到特定的有机溶剂中，然后通过反萃取、扩散等工艺，使它在不同相中转移、分离和纯化的方法。
5. 其他方法生物大分子的分离和纯化方法还有一些其他方法，例如磁性珠法、浓缩法、冷冻干燥法等。
三、应用在生物医学、生物工程、食品工业、环境保护和新能源开发等领域中有广泛的应用。
具体来说，1. 生物医学领域生物医学领域的应用主要是分离和纯化蛋白质和多肽类物质，如酶、抗体、激素、血浆蛋白等。
这些物质可以作为药物、诊断试剂、生物治疗的原材料等。
生物大分子分离纯化技术(159页)
亲和色谱法由于具有极高的生物特异性，分离目的物受到理 化性质相似的杂质干扰极少，能从比较复杂的组织抽提液或细菌 发酵液中一步提取分离出所需的物质，提纯倍数可达一百倍以上 。
早期分离提纯的方法，选择的原则一般是从低分辨能力到高分 辨能力，而且负荷量较大为合适。但随着许多新技术的建立，一 个特异性方法其分辨能力越高，便意味着提纯步骤的简化，提纯 步骤的减少，回收率越高，具有生理活性物质变性的危险性就越 少。
制备物均一性的鉴定
对一个新分离的物质是否纯，常用“均一性 ”表示，均一性即指所获得的制备物只具有一 种完全相同的成分。蛋白质均一性常用的几种 鉴定方法：
1.溶解度法： 2.电泳均一性的测定法： 3.高速离心沉淀法：
生物大分子的分离纯化技术(共34张PPT)
离心(3)
最大速度方法：
移动界面（Moving Boundary)超 速离心法
移动区带(Moving Zone)超速离心法
等密度方法(Isodensity)：
样品的类型、采集与保存 酶样品的准备
亲和色谱
琼脂糖的溴化氰活化法
6-氨基己酸－琼脂糖和,1,6-己二胺－琼脂糖
层析柱短 配基－与大分子间以氢键离子键或疏水相互作用结合
透析 微过滤 盐析 冷冻干燥 离心
透析
透析膜:
材料: 火棉胶(Collodion), 玻璃纸(Cellophane), 纤维素 (Cellulose)
纤维透析管的处理: 1%乙酸水溶液 1h, 碱性EDTA (1% Na2CO3, 1 mM EDTA) 煮1h, 纯水清洗,保存.
透析液:
离心(2)
(Relative centrifugal force)：
F=mω2r;
Fcf=(1.119×10-5)(rpm)2r
F摩擦=fv
F净=(Mp-Ms)ω2r-fv
沉淀速度与离心力的比率（单位离心场中颗粒的沉降速度 ）， 蛋白质\核酸\病毒等的沉降系数介于1×10-13到200×10-13秒的
紫外-可见吸收法 荧光检测法
电化学检测法
质谱法
高效毛细管电泳
电泳淌度 电渗流
淌度和迁移时间 分离效率 分离度
高效毛细管电泳分离模式
毛细管区带电泳
以1×10-13s 为一个单位,称为斯韦德贝格单位(Svedberg)，用S(大写)表示.
（Capillary Zone Electrophoresis, CZE) 纤维透析管的处理: 1%乙酸水溶液 1h, 碱性EDTA (1% Na2CO3, 1 mM EDTA) 煮1h, 纯水清洗,保存.
生物大分子的纯化与鉴定技术
生物大分子的纯化与鉴定技术生物大分子是生命体内最基本的组成元素之一，包括蛋白质、核酸、多糖和脂质等。
它们的结构和功能对于生物体的发育、代谢、传递遗传信息等方方面面都有着非常重要的作用。
因此，对它们进行纯化和鉴定是生物学和生命科学研究中不可或缺的重要步骤。
一、蛋白质的纯化与鉴定技术1. 活性层析技术活性层析是从混合样品中纯化蛋白质的一种常用技术。
它基于蛋白质与特定配体之间的互相作用，利用这种相互作用把想要纯化的蛋白质从混合物中分离出来。
这种方法不仅可以分离出单一种类的蛋白质，还可以根据蛋白质与配体的亲和性进行分层次纯化。
同时，利用不同的配体也能够分离出不同功能的酶，从而进一步扩大了对蛋白质的纯化范围。
2. 离子交换层析技术离子交换层析是一种基于蛋白质电荷的分离方法。
它利用固定在树脂表面上的离子，通过与蛋白质表面的离子相互作用，将蛋白质从混合物中分离出来。
这种方法常常用于分离带有不同电荷的蛋白质，以及酸性和碱性细胞因子等物质。
3. 尺寸排除层析技术尺寸排除层析技术是一种基于蛋白质大小的分离方法。
它通过让大分子在固定相中的孔隙中滞留时间长，从而将大分子和小分子分离出来。
这种方法通常用于分离相对分子质量较大的蛋白质，如重组蛋白、抗体等。
4. 逆相高效液相色谱技术逆相高效液相色谱是一种基于蛋白质亲水性的分离方法。
它利用逆相柱的反相作用，将亲水性较小的蛋白质从混合物中分离出来。
这种方法常常被用于提纯高表达体系中的蛋白质。
5. SDS-PAGE和Western Blotting技术SDS-PAGE是一种基于蛋白质质量和电荷的分离技术，通过在凝胶中加入SDS（十二烷基硫酸钠）和还原剂，可以使不同电荷和大小的蛋白质变得相同，从而进行准确的大小分离。
Western Blotting是一种检测蛋白质表达的方法，它利用特异性抗体将蛋白质分子分离出来，并将其转移到膜上，然后通过特异性抗体进一步检测目标蛋白质的表达量。
二、核酸的纯化与鉴定技术1. 常规离心技术常规离心技术是一种对复杂混合物进行分离和预纯化的方法，通过调整离心速度和离心时间，将不同大小和形状的细胞组分分离出来。
生物大分子纯化技术及其应用研究
生物大分子纯化技术及其应用研究生物大分子纯化技术是在分子生物学、生物化学、生物工程等领域中广泛应用的一种技术手段。
它是将生物大分子从生物基质中分离出来，去除杂质后得到纯度较高的大分子物质的一种方法。
这种技术不仅对于了解生物大分子的生理学、生化学和分子结构有重要意义，而且对于开发新型制药和其他生物医学应用具有很高的应用价值。
本文将探讨生物大分子纯化技术的发展现状和应用研究方向。
一、生物大分子的纯化技术发展历史生物大分子纯化技术是在分子生物学和生物化学等领域中得到了广泛的应用，其研究起源于20世纪50年代，当时的纯化技术主要是以离心、层析和电泳为主。
由于单一的技术手段操作简单，但难以实现高纯度纯化，横向纯化品种不足，成品得率低等问题，使得生物大分子得到的纯产品存在一定程度的质量偏差，实际应用受到了限制。
60年代后期，分子生物学和生物化学领域中的技术手段得到了很大的发展，生物大分子纯化技术也得到了很大的发展，使得生物大分子的纯化得到了更高的纯度、更多的纯化品种、更快的速度、更多的自动化和更少的处理步骤。
二、生物大分子纯化技术的原理生物大分子纯化技术的原理是将某种化合物或生物大分子从整个体系中分离出来。
分离原料的性质和目标化合物的性质是选择分离方法的决定性基础。
生物大分子纯化技术通常采用两步骤：第一步为预处理，第二步为精确分离。
预处理主要是处理生物材料、细胞和组织等的常规分离方法。
精确分离主要由柱层析、电泳和过滤等技术完成。
三、生物大分子纯化技术的技术手段现代生物大分子纯化技术包括离心、电泳、层析、凝胶过滤、超滤、免疫学分析、电喷雾质谱分析、表面等离子体质谱分析等技术手段。
其中，层析技术的发展为人类提供了一种快速、有效的纯化方法，不仅可以对杂质污染进行选择，而且可以对分子量相似的大分子进行鉴定和分离。
随着现代技术的发展，对于生物大分子的研究尤为关注的是鉴定和分离分子间作用；生物大分子的结构和功能；基因表达和调控；分子诊断和治疗等领域的研究。
生物大分子的分离纯化
生物大分子的分离纯化生物大分子的分离纯化是指对生物大分子，如蛋白质、核酸、多肽以及其他生物高分子的理化分离，以获得所需的高级别的纯度和净化标准的过程。
此外，功能地也可以应用于提取细胞和细胞组织特定的成分。
一般来说，分离纯化同表征大分子是以不同的方式实现的。
对于蛋白质，离心分离是一种常用的技术，这是一种使用立体速度分离不同物质的有效方法。
因为蛋白质它们有不同的表面电荷和大小，因此它们在加速度下受到不同的力，从而能够受到力，从而使不同的类型的蛋白质分离开来，产生分离纯化的产物。
此外，层析技术也可以用于对蛋白质进行分离纯化。
这个过程使用一种特定的介质，该介质被用于环境或两种环境之间的运动原理，通过独特的该介质通道，根据不同的冶金电荷，使得蛋白质分离到不同的有效产品中。
另外，还有其他许多特定技术可以用于生物大分子的分离纯化，比如电泳和柱层析技术。
这两种技术都是基于维持生物大分子的不同状态（流变或电泳）的原理，这种状态可以使不同的成分分离开来，从而获取高纯度的成分。
这两种技术的精确度取决于集成柱的大小和类型，以及实现特定的湿度和电荷的原理。
当讨论以上技术以外的技术时，分离和精制并不是只有蛋白质才有，尽管在蛋白质的技术中可能是最常见的，但核酸、多肽和其他有机分子也可以用这些技术进行分离和精制。
有几种不同的方法可以用于高级分离现象，其中一些是像柱层析、集成离子交换以及沉淀法，这些技术被广泛应用于生物大分子的分离和纯化。
总的来说，生物大分子的分离纯化是一种复杂的过程，需要仔细挑选一种或多种分离纯化技术，以实现所需的纯度要求的目的。
选择的技术必须适合特定的大分子和纯度要求，以实现最佳效果。
生物分子的分离和纯化技术
生物分子的分离和纯化技术生物分子的分离和纯化是生命科学研究中不可或缺的一环，也是许多生物医学应用和生产工艺的核心。
分子的分离和纯化技术包括多种方法，其基本原理是利用不同的物理和化学性质，将混合系统中的各个分子分离开来。
生物分子的分离和纯化技术通常是从含有目标分子的组织或细胞裂解液中开始的。
通常，该液体首先要通过离心等手段除去细胞碎片、核酸、脂质和其他杂质。
接下来，可以利用不同的分离和纯化技术分离和纯化目标分子。
下面将介绍几种通用的分子分离和纯化技术。
1.凝胶过滤chromatography凝胶过滤chromatography是一种分子分离技术，通常用于分离分子量不同时的生物大分子。
凝胶过滤chromatography基于分子体积的大小，通过孔径大小选择分子的峰值通过孔径大小选择分子的峰值。
较大分子通常沿着填充体的较周折的路径流过，而较小分子则会进入较细的分子而停留在其中。
由于这种技术可以清除大小不同的杂质，使样品更纯净并且不受影响。
它也可以用于分离游离的生物大分子，例如酶和蛋白质。
2.离子交换chromatography离子交换chromatography是一种电静力分离技术，通常用于分离带有相反电荷的生物大分子。
离子交换chromatography基于非共享原子、阴离子和阳离子之间的吸引力或排斥引力原理。
通过这种方式，样品中的阴离子分子可以被吸附到阳离子交换树脂中，而阳离子分子可以被吸附到阴离子交换树脂中。
这种技术通常用于纯化蛋白质和其他biomolecules3.氢氧化铝亲和chromatography氢氧化铝亲和chromatography是一种结合亲和原理的分离和纯化技术。
它是基于分子间的较强吸附相互作用，通常用于分离含有电中性、疏水基团或氢氧基团的蛋白质。
它列为具有很小结合物的可逆性和如外部pH和ionic强度等变量的影响，它是一种比较简单的结合方法。
4.亲和chromatographyС在纯化生物大分子中最常用的方法之一是使用亲和chromatography。
生物大分子的分离纯化与鉴定方法研究
生物大分子的分离纯化与鉴定方法研究生物大分子的分离纯化与鉴定是生物学研究中非常重要的一步。
合理选择适用的方法能够高效地分离纯化目标物质，可帮助研究者深入了解其结构和功能。
本文将介绍几种常用的生物大分子分离纯化与鉴定方法。
一、凝胶电泳法凝胶电泳法是一种常用的生物大分子分离方法。
通过电场的作用，将样品中的生物大分子按照尺寸或电荷迁移，从而实现分离。
常见的凝胶电泳方法有聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）、琼脂糖凝胶电泳（agarose gel electrophoresis）等。
PAGE适用于蛋白质的分离纯化，而琼脂糖凝胶电泳适用于DNA和RNA的分离纯化。
二、超速离心法超速离心法是利用离心机产生高速转动，使样品中的物质根据其密度和大小差异分层离心的一种方法。
通过超速离心可以实现生物大分子的纯化，如蛋白质的沉淀、核酸的沉淀等。
超速离心法可以快速分离不同密度或不同分子量的生物大分子，得到纯度较高的目标物质。
三、气相色谱法（Gas chromatography）气相色谱法是一种常用的化合物分离和定量分析方法，常用于分离和鉴定挥发性或半挥发性有机化合物。
该方法主要通过样品在固定相与流动相共同作用下，依据不同的分配系数在色谱柱中发生分离。
气相色谱法广泛应用于有机化学、环境监测、食品安全等领域。
四、质谱法（Mass Spectrometry）质谱法是一种高灵敏度的分析方法，可用于生物大分子的分离和鉴定。
它主要通过测量被测目标物质的质荷比，进而得到目标物质的质量信息和结构信息。
质谱法在生物学研究中被广泛应用于蛋白质组学、代谢组学等领域，可用于分析和鉴定复杂生物样品中的分子。
五、核磁共振法（Nuclear Magnetic Resonance）核磁共振法是一种常用的分析方法，可用于生物大分子的分离和鉴定。
它主要通过利用物质在外加磁场下核自旋进动特性的不同来获得物质的结构和性质信息。
核磁共振法在生物学研究中广泛应用于蛋白质结构研究、代谢组学等领域。
生物大分子的分离纯化和鉴定
利用溶解度差异 进行分离纯化
利用电荷性质进 行分离纯化
利用生物活性进 行分离纯化
分离纯化的过程
分离纯化的目的：去除杂质， 获得高纯度的生物大分子
分离纯化的方法：沉淀法、色 谱法、电泳法等
分离纯化的原理：利用生物大 分子在物理性质、化学性质等 方面的差异进行分离
分离纯化的流程：样品制备、 粗分离、精制纯化、产物检测
高效液相色谱法：随着技术的不断改进， 液相色谱法的分离效果和鉴定准确性得到 显著提高。
毛细管电泳技术：具有高效、快速、高分 辨率的特点，成为生物大分子分离纯化的 重要手段。
质谱技术：随着蛋白质组学研究的深入， 质谱技术在生物大分子鉴定中发挥着越来 越重要的作用。
生物信息学方法：通过计算机技术对生 物大分子数据进行处理和分析，为生物 大分子的分离纯化和鉴定提供了有力支 持。
03
生物大分子的鉴定
鉴定方法
化学分析法：通 过化学反应对生 物大分子的组成 和结构进行分析。
免疫分析法：利 用抗体与抗原的 特异性结合，对 生物大分子进行 检测和识别。
生物活性测定法： 通过检测生物大 分子对细胞或生 物体的活性影响， 确定其结构和功 能。
分子生物学方法： 利用分子杂交、 PCR等技术对生 物大分子进行基 因水平和蛋白质 水平的鉴定。
随着新材料的出现和应用，将会有更多高效、低成本的分离纯化材料应用 于实际操作中。
人工智能和机器学习等先进技术的应用，将有助于提高生物大分子分离纯 化和鉴定的自动化程度和智能化水平。
生物大分子分离纯化和鉴定技术将与生物信息学、系统生物学等学科交叉 融合，形成更加全面和深入的研究和应用领域。
05
生物大分子分离纯化和鉴定的应用领域
酶工程：通过分离 纯化技术获取酶， 用于酶催化反应研 究和酶制剂的生产 。
化学反应中的生物大分子的分离纯化技术及应用研究
化学反应中的生物大分子的分离纯化技术及应用研究随着人类对生命科学的研究与深入，生物大分子在生命科学领域中发挥着越来越重要的作用。
然而，想要从复杂的生物体系中获取纯净的生物大分子是一项相当艰巨的任务。
在化学反应中，为了获取纯净的产物，我们可以通过一系列的化学反应、溶剂萃取、蒸馏、结晶等步骤来进行分离纯化。
类似地，生物大分子也需要专业的分离纯化技术来获得单一、纯净的样品。
本文将重点介绍当前常用的生物大分子分离纯化技术及其应用研究。
一、凝胶过滤层析法凝胶过滤层析法（Gel Filtration Chromatography）也称为分子筛层析法，是其中的一种分离技术，是利用分子筛过滤作用，通过大小分离生物大分子的方法。
也就是说，当一个混合物在溶液中进行层析时，它们将按大小顺序逐渐与凝胶内的微孔隔离出来。
而较大的生物大分子将无法通过凝胶微孔，而较小的物质则可随着溶液进一步深入凝胶内部，最终通过洗脱。
凝胶过滤层析法的主要优点是操作简单，具有较好的纯化效果。
它特别适用于大分子的纯化，例如酶、蛋白质、多肽、高分子以及其它具有不同分子量的物质混合物的分离。
凝胶过滤层析法被广泛应用于生物学、有机化学、生物制药等领域。
二、离子交换层析法离子交换层析法（Ion-exchange chromatography），是指利用固定正、负离子的功能基团，与可带电荷的分子间的相互作用力，实现对样品分离纯化的技术。
离子交换层析法的选择与离子交换柱的理化性质、样品离子性质和操作条件有关。
离子交换层析法的主要优点是它是一种高效、简便、快速并且基本上不损害生物大分子的分离纯化方法。
在生物大分子的纯化过程中，如果杂质物质与目标物质都带有电荷，离子交换层析是非常好的选择。
离子交换层析可以用于酸性、碱性、中等等多种环境下的分离纯化。
三、膜过滤分离技术膜过滤技术（Membrane Filtration）是指利用膜的结构及其物理化学理性，在分离过程中分离溶液体系。
生物大分子的分离和纯化技术
生物大分子的分离和纯化技术生物大分子是指具有较大分子量的生物分子，如蛋白质、核酸、多糖等。
要研究这些生物大分子的结构和功能，需要对它们进行分离和纯化。
生物大分子的分离和纯化技术是生物学和生物工程学中的重要内容，它们的发展和应用使得我们能够更深入地了解生命的奥秘，同时也推动了医药、农业、工业等领域的发展。
生物大分子的分离和纯化需要经过多个步骤，这些步骤通常包括细胞破碎、分子分离、分子鉴定等。
其中，分子分离是最基本、最关键的步骤之一，它可以使得目标分子从复杂混合物中被分离出来，并得到相对纯度较高的产物。
目前，生物大分子的分离和纯化技术包括凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析、尺寸排除层析、逆向相色谱层析和高效液相色谱层析等方法。
凝胶过滤层析是一种基于分子尺寸差异的分离方法。
在这种方法中，样品被加入到一列凝胶柱中，较大的分子无法穿过凝胶孔隙，而较小的分子则可以顺着凝胶孔隙通过。
因此，随着溶液通过凝胶柱，不同大小的分子会被分离出来。
这种方法适用于大小分子差异较大的生物大分子的分离。
离子交换层析是基于分子电荷的分离方法。
在这种方法中，一种带有正电荷或负电荷的树脂被用来吸附目标分子，通过控制溶液的pH和离子强度等参数，可以使得目标分子从树脂上逐渐被洗下来。
这种方法适用于分子之间的电荷差异较大的生物大分子的分离，如蛋白质。
亲和层析是一种基于分子亲和性的分离方法。
在这种方法中，一种特殊的树脂被用来吸附具有特定结构或性质的目标分子。
例如，可以将某种亲合剂固定在树脂上，然后用于吸附与该亲合剂有特异结合关系的目标分子。
这种方法适用于具有高度特异性活性的生物大分子的纯化。
尺寸排除层析是一种基于分子形状的分离方法。
在这种方法中，一种具有多孔性的材料被用来吸附目标分子，具有大分子尺寸和形状的目标分子沿着孔隙穿过，而具有小分子尺寸的分子则通过孔隙空隙。
这种方法常用于分离蛋白质和糖类等生物大分子。
逆向相色谱层析是一种基于亲水性的分离方法。
生物大分子的分离纯化和鉴定技术
生物大分子的分离纯化和鉴定技术随着生物技术的发展，分离纯化和鉴定生物大分子是生物学、生物医学、生命科学等领域研究的重要方面。
在生物大分子分离纯化和鉴定技术中，以蛋白质的分离纯化和鉴定为例，包括以下几个主要步骤：试样的制备及萃取、分子分离、柱层析、电泳分离、质谱分析等。
试样的制备及萃取是生物大分子分离纯化和鉴定的第一步。
一个完整的蛋白质需要在生物体内经历多种化学和生物反应形成。
蛋白质可能存在于不同的组织或细胞器中，不同的蛋白质在组织中的含量、位置、形态都不尽相同，因此生物大分子分离纯化的前提是制备纯净、易提取的试样。
一般常用的萃取方法有裂解、离心、超声浸提、酸碱提取、酶解等。
分子分离是体现生物大分子分离纯化和鉴定技术的重要环节之一。
在实验中常用常数电泳、等一性电泳、双向电泳、斑点电泳等分子分离技术。
以SDS-PAGE为例，它是一种分子量分离方法。
SDS可以使蛋白质变成带有负电荷的孤立小球状，通过电泳在凝胶中不同的位置被分离出来。
凝胶中的蛋白质可以通过银染、荧光染、铜染等方法进行染色，进一步鉴定蛋白质的纯度和含量。
柱层析是生物大分子纯化中最常用的方法之一。
它是一种基于分子质量、三维结构、电性和亲水性等差异性进行分离的技术。
蛋白质在柱中经历吸附、洗脱、洗脱收集等步骤，以达到分离纯化的目的。
常用的柱层析有离子交换层析、反相层析、凝胶过滤层析、亲和层析等。
电泳分离是生物大分子鉴定的重要技术手段。
电泳分离可以通过分子量、电荷等特性鉴定分离出来的生物大分子。
其中，一维电泳和二维电泳是常用的方法。
一维电泳可以鉴定蛋白质的分子量和离子电荷；二维电泳可以在不同机理下鉴定蛋白质的组分，如等电点和分子量。
质谱分析是生物大分子鉴定中的重要手段之一。
里面也涉及到如飞行时间质谱、液体质谱、质能分析谱等多种方法。
通过这些手段可以利用分子的大小、形状、结构和质量等特性进行鉴定，判断分子中存在的元素、结构和它们之间的关系。
这种方法准确性高，操作性好，用于分子鉴定的应用很多。
生物大分子的高效表达和纯化技术方法
生物大分子的高效表达和纯化技术方法生物大分子包括蛋白质、核酸等，它们是生命体系中非常重要的组成部分。
在研究生物大分子的结构、功能和应用方面，高效的表达和纯化技术是必不可少的。
本文将介绍一些常用的生物大分子表达和纯化方法。
一、蛋白质表达1.原核表达系统原核表达系统是最早被广泛使用的表达系统之一。
它利用细菌如大肠杆菌等在短时间内大量生产蛋白质的特性。
在原核表达系统中，利用载体将目标基因转入到细菌中，并通过诱导蛋白质表达的信号来促进蛋白质的表达。
常用的载体包括pET、pBAD等，其中pET系统是目前应用最广泛的表达载体之一。
它具有高效的启动子和调控子，可促进目标基因的表达。
另外，还可以通过对表达条件的调节，如诱导温度、工艺时间等，提高蛋白质表达量和纯度。
2.哺乳动物细胞表达系统哺乳动物细胞表达系统被广泛应用于生产大规模、高纯度的蛋白质。
这种表达系统利用哺乳动物细胞的生物学特性，如正确的折叠、翻译和修饰等，确保产生的蛋白质与天然的同源物具有相同的结构和活性。
在哺乳动物细胞表达系统中，最常用的载体是pcDNA3.1和pCDNA4。
这些载体中包含了强有力的启动子、Augustus、poly A位点等元素，保证了表达的高效性和稳定性。
另外，还可以通过转染病毒等方法提高蛋白质表达水平。
3.细胞外表达系统细胞外表达系统利用细胞外分泌蛋白质的特性，通过对介质成分的调节实现目标蛋白质的表达。
这种表达系统适用于生产大规模、高质量的蛋白质，尤其是包括人源蛋白质在内的复杂蛋白质。
常用的细胞外表达系统包括言酵母表达系统、巨细胞病毒表达系统等。
在这些系统中，通过调节胞外环境、添加营养物质、选择高产菌株等方法，可以提高蛋白质产量和纯度。
二、蛋白质纯化1.亲和层析法亲和层析法是一种高效的分离纯化方法，它利用具有选择性的亲和剂结合目标蛋白质，从而实现蛋白质的高度分离和纯化。
常用的亲和剂包括Ni-NTA、Protein A、GST等。
生物大分子的分离纯化技术
生物大分子的制备通常可按以下步骤进行：
1. 确定要制备的生物大分子的目的和要求。 2. 建立可靠的分析测定方法，这是制备生物大分子的 关键。
3. 通过文献调研和预备性实验，掌握生物大分子目的 产物的物理化学性质。 4. 生物材料的破碎和预处理。
5. 分离纯化方案的选择和探索，这是最困难的过程。
6. 生物大分子制备物的均一性（即纯度）的鉴定，要 求达到一维电泳一条带，二维电泳一个点，或 HPLC和毛细管电泳都是一个峰。
分析测定的方法主要有两类：
即生物学和物理、化学的测定方法。 物理、化学方法主要有：比色法、气相色谱和液相色谱 法、光谱法（紫外／可见、红外和荧光等分光光度 法）、电泳法、以及核磁共振等。
生物学的测定法主要有：酶的各种测活方法、蛋白质含 量的各种测定法、免疫化学方法、放射性同位素示踪 法等；
实际操作中尽可能多用仪器分析方法，以使分析测定更 加快速、简便。
抽提有效成分的影响因子
• 在抽提阶段，pH值、金属离子、溶剂的浓度和极
性等因子，可明显影响有效成分的性质和数量。 因此选择抽提液必须考虑这些因素。
(1)溶剂的极性和离子强度：
有些生物大分子在极性大、离子强度高的溶液中 稳定；有些则在极性小、离子强度低的溶液中稳定。 例如提取刀豆球蛋白A时，用0.15mol/L甚至更高浓度 的NaCl溶液，都可使其从刀豆粉中溶解出来，稳定存 在。而抽提脾磷酸二酯酶时，则需用0.2 mol/L蔗糖 水溶液。 一种物质溶解度大小与溶剂性质密切相关（相似 相溶原理）；离子强度通过影响溶质的带电性也影响 溶质的溶解度。 降低极性：在水溶液中加蔗糖，甘油，二甲亚砜， 二甲基甲酰氨。
三 、 生物大分子的提取（抽提）
（一）抽提的含义 “抽提”是在分离纯化之前将经过预处理或破碎的 细胞置于溶剂中，使被分离的生物大分子充分地 释放到溶剂中，并尽可能保持原来的天然状态不 丢失生物活性的过程。 影响提取的因素主要有： 目的产物在提取的溶剂中溶解度的大小； 由固相扩散到液相的难易； 溶剂的pH值和提取时间等。
第09章 生物大分子的分离与纯化技术
结果：疏水性强的蛋白质亲合力大，出峰迟； 结果：疏水性强的蛋白质亲合力大，出峰迟；疏水性小的蛋 白质就容易被洗脱。 白质就容易被洗脱。
9.2.2 色谱条件
链烃作为配基（键合在固体基质上） ①固定相：常用C4 ～ C8链烃作为配基（键合在固体基质上） 固定相：常用 为填料。孔径25～ 为填料。孔径 ～50nm。 。 流动相： ②流动相： 水溶性有机溶剂（ 液 甲醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃） 水溶性有机溶剂（B液） （甲醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃） 洗脱能力增大 ＋水（A液） 液 强酸（三氟醋酸、甲酸、 ＋强酸（三氟醋酸、甲酸、磷酸 ） 加酸作用： 加酸作用： ∵－SiOH == －SiO- ＋ H+ • 蛋白质易与 蛋白质易与—SiO- 结合很难洗脱，加酸抑制上述平衡向右 结合很难洗脱， 离解。 离解。 • 减小蛋白质的疏水性，使其保留减弱，易被洗脱。 减小蛋白质的疏水性，使其保留减弱，易被洗脱。 ③温度：常温 温度：
9.1.1 生物大分子分离纯化的特殊性
1、要求产品保持其生物活性，也就是说要避免不可逆结构 、要求产品保持其生物活性， 变化发 生。 2、多孔填料必须使用大 孔径基质。 、 孔径基质。 3、生物大分子的色谱特性常不同于有机小分子。所以在选 、生物大分子的色谱特性常不同于有机小分子。 条件。 择色谱条件时不能随便套用小分子的 条件。
OH OCH2CH3
蛋 白 质
CH3
Ph
NH2 Ph COOH
OH 蛋白质疏水基团分布示意图
配基和蛋白质分子之间的吸附推动力和样品组分的洗脱机理 （即：溶质在色谱中的保留行为）： 溶质在色谱中的保留行为）： • 用“疏溶剂化理论”：蛋白质与配基的结合是由于溶质分 疏溶剂化理论” 子有一个减少其与水接触的非极性表面的倾向， 子有一个减少其与水接触的非极性表面的倾向，它们在盐 水溶液中，两个非极性的表面趋向于避开水相而互相接触。 水溶液中，两个非极性的表面趋向于避开水相而互相接触。 溶质和疏水配基的结合是伴随着它们非极性表面暴露在水 中的面积的多少而进行的。（即蛋白质在盐水体系中，有 中的面积的多少而进行的。 即蛋白质在盐水体系中， 一倾向产生：避开水相而吸附在固定相上。 一倾向产生：避开水相而吸附在固定相上。∵生物物质界 面自由能比水低，与表面自由能低的固定相产生亲合力） 面自由能比水低，与表面自由能低的固定相产生亲合力） 讨论
生物大分子分离纯化技术研究及应用
生物大分子分离纯化技术研究及应用随着生物医学研究的深入，愈来愈多的新药物及生物制品被开发出来。
这些药物和制品主要是通过对各种大分子进行抗原、酶、抗体等生物刻画研究得来的。
然而，由于许多生物大分子存在于低浓度混合物中，使得它们的研究变得异常困难。
为了研究这些复杂混合物，研究人员需要利用先进的大分子分离技术进行高效分离、纯化和检测。
本文将详细介绍目前常见的大分子分离纯化技术及其应用现状。
1. 过滤技术过滤技术是一种基础的分离技术，通常是用于分离大分子混合物。
它可以使用不同孔径的纤维或多孔膜来分离颗粒物和大分子。
这种技术具有操作简单、分离迅速、效果好等优点，因此在生物领域中得到广泛应用，比如血液分离，细胞分离等。
以血凝素为例，它可以被过滤技术分离出来，并且分离效果很好。
2. 薄层层析技术薄层层析技术是靠分子的不同亲和性，以及不同的分子大小，通过色谱过程的分离纯化技术。
这种技术操作简单、分离迅速、准确，适用于单一组分、结构简单的大分子及其结构类似化合物的分离纯化。
例如，纯化蛋白质，基于两种不同的性质：性能层析和亲和层析。
在亲和层析中，根据蛋白质与配体的互相作用，利用蛋白质与某种化合物的专一化学相互作用获得纯化蛋白质。
3. 离子交换层析技术离子交换层析技术是基于大分子分子间静电作用而推广发展的一种分子层析技术。
它可以根据相互作用力吸附或释放离子，引起大分子分离纯化。
离子交换层析技术针对的是具有电荷的大分子，如蛋白质、抗体、酶等，因此广泛应用于蛋白质的提取、分离和纯化过程中。
比如，人类免疫球蛋白（IgG）的离子交换层析就非常有效。
4. 透析技术透析技术是一种基础的大分子分离技术，也是用于小分子离子的分离技术。
该技术是通过渗透压差进行分离，使用半渗透膜将大分子分离出来，使小分子通过。
采用透析技术可以获得高质量的大分子样品，并且无需使用沉淀剂或其他化学试剂，因此透析法被广泛应用于大分子的分离、净化过程中。
5. 凝胶过滤技术凝胶过滤是一种分離大分子的技术，適用於石油、生命科学、法醫學等領域的研究。
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2
2.1 生化分析样品的准备与预处理
生化样品极其复杂，首先应对所关心的待测物 处于生物体的哪一个部位所获得原始的样品，并 对实际分析之前应进行怎样的处理必须有所了解。
R-SH+R-SH→R-S-S-R
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对巯基氧化的防止： 1. EDTA络合金属离子(非金属酶) 2. 加入含巯基试剂，如巯基乙醇、2,3-二巯基丙醇、
巯基葡萄糖酸、谷胱甘肽、半胱氨酸等
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对蛋白质酶解的防止：
蛋白水解酶来自活细胞的内部，哺乳动物将其 包装在溶酶体中，而在微生物中．它们则存在于 质膜和细胞壁之间。在用细胞匀浆法制备酶提取 物时会发生蛋白水解酶的释放，所以对其活性要 进行抑制。根据蛋白水解酶的类型可以选用不同 的抑制剂。
生化物质分离的特殊性：
要求：分离方法简便，选择性好，效率高，保持 生化物质的分子结构和构型，分离方法尽量不影 响生化物质的生物活性。
由于生化物质一般都很脆弱，易受化学、物理因 素影响而变性，因而分离过程常要求在低温、洁 净、温和的条件下进行。
本章所提到的生物大分子主要是指蛋白质、酶 及核酸。
1
本章主要的内容包括：
3
2.1.1 样品的类型、采集及保存
样品的类型 生化及临床分析的样品对象非常广泛，分布于
动物或人体的每一个部位。它们可以是内源性的 化合物或外源性的化合物。样品的基质可以是简 单的血样、尿样，也可以是比较复杂的粪便以至 整个组织。这些基质非常复杂，常常由多相组成， 如血浆和血细胞及多种分子量大小不同的化合物。 被分析对象的稳定性也变化极大，有只能稳定存 在几分钟、对蛋白酶极为敏感的肽类，也有几乎 是完全稳定的药物的代谢物。
6
血样有全血、血浆和血清之分。7 Nhomakorabea2．组织样品 组织样品通常采自肝、肌肉、肺、骨髓或肠。这
类组织是代谢活性的，因此采样后几秒之内要在液 氮中或其它冷却剂中冷冻。
液氮
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样品的保存 一般来说，任何生物样品采集后都应立即进行分
析。但由于种种原因，这往往是不可能的。样品也 许需要运送到实验室，也许完成一个研究需要所有 的样品同时测定。任何在法律上有效的分析必须注 明保存日期及保存条件等。
生理样品中酶的绝对浓度的测定从原理上讲是很简 单的，分析时的主要问题是纯的酶标样的获得。
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酶在天然界中总是存在于很复杂的混合物中， 通常一种细胞中可能含有成百上千种酶，为了了解 和分析一个复杂生理样品，如亚细胞器、细胞或整 个组织中的酶，就必须将酶放在一个尽可能简单的 体系中进行研究。通过对单一酶的研究可以获得酶 对哪些底物具有特异性、反应的动力学参数及酶作 用方式。所有这些数据对于研究酶在复杂体系中的 功能是非常重要的。在许多医学及工业应用方 面．是否具有纯的酶制剂非常关键。
载体蛋白选择条件： 1. 与酶之间无相互作用； 2. 分子量与酶的分子量差至少1~2倍，以便必要时
可以很方便地用排阻色谱将二者分离。
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一些特殊的反应会使催化活性部位的活性丧 失一些。在纯化过程中一些辅助因子的失去会使 酶的活性丧失，为此可以在纯化缓冲液中加入辅 助因子。
催化活性部位氨基酸残基的共价化学修饰很 常见，最易被修饰的氨基酸为半胱氨酸。
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酶活性的保持 要获得生理样品酶功能研究的可靠数据必须对
酶进行纯化。在整个纯化过程中如何保持酶的活 性是最关键的，细胞内酶在分离纯化过程中能抗 各种环境对酶活性的影响。但当酶从天然的保护 环境中释放出来后，它对每一步纯化步骤都很敏 感，细胞膜酶对溶解尤其敏感。
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可溶性蛋白质不论是存在于细胞质的还是细胞 器内的，其蛋白质浓度从100 mg/ml 到高达400 mg/ml (线粒体基质内)。体系中存在各种天然的还 原剂(如谷胱甘肽)使蛋白质保持高的还原电位。其 它稳定剂也存在，如不同的底物及产物。在蛋白 质纯化过程中组织被破坏，蛋白质从它们的保护 环境中释放出来．被限制在不同部位的蛋白水解 酶也同时被释放出来。所以要对所关心的酶进行 保护，以防止其被氧化、水解或不可逆变性。
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样品的采集 对于给定的样品。采集处理速度与样品的代谢
活性与它们的化学和生化稳定性密切相关。
尿液中各种样品的浓度一般认为可稳定几小时。 组织样品一般需要快速冷冻以防止发生变化，采 样者应该有相应的样品采集及保存的设备。
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1. 血样 成人平均含6L的血液、其中约55％的血浆和
45％的细胞。血样的采集一般采取清晨空腹采 血，以避免饮食、运动、情绪等对血液成分的 影响。动物一般采取禁食12～16h后采血，一 般生化检验所需的血液标本采取静脉抽血。
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样品的初步处理
尽管许多化合物在全血浆中更为稳定，但另一 些，如氨基酸则应保存在不含蛋白质的溶液中。 许多样品分析之前都要求除去蛋白质，用于去除 蛋白质的各种沉淀方法的比较见表：
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常用蛋白质沉淀方法的比较
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2.1.2 酶样品的准备
酶是一种具有催化活性的蛋白质，它的催化活性 是其特征参数。任何分离纯化步骤都应考虑酶的生物 活性的保持问题。
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生物体液中许多成分保存在室温或4℃下时，由于 沉淀、蒸发、氧化或细菌的进攻等原因，其浓度会发 生变化。对于血清样品，若对其中的钠或血清白蛋白 进行分析，当样品保存在-20℃时，20天内不会发生 明显的变化。有些成分在保存期间确实可以发生明显 的变化，如儿茶酚胺，因此必须保存于－20或－70℃ 下，必要时可以加一些抗氧化剂或酶抑制剂。让血浆 或血清与红血球接触时，由于酶活性的改变成被分析 对象在细胞内外分布的变化会使分析结果发生变化。 所以、一般要快速分离成单一的相。
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通过控制纯化过程中的pH、温度及有机溶剂的 使用可以防止酶的变性。所使用缓冲溶液的pH应 控制在6-8之间，并保持合适的离子强度使其可以 防止酶变性。将纯化过程的温度降低至15-25℃可 以使许多降解过程减慢3-5倍。
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酶在稀溶液中由于对器皿壁或色谱填料的吸 附会引起变性。吸附使酶的四级结构解离而失 去活性，这种变性可以通过加入载体蛋白来阻 止。比较常用的载体蛋白有牛血清白蛋白，或 商品化的结构简单、分子量已知的合成蛋白。