蛋白质的离子交换层析技术模板
蛋白纯化离子交换层析
蛋白纯化离子交换层析离子交换层析技术是以离子交换剂为固定相，常见的离子交换剂是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质，通过共价键结合某种电荷基团，形成带电基质，带异性电荷的平衡离子能够通过静电力作用结合在电荷基质上，而平衡离子能够与样品流动相中的离子基团发生可逆交换而吸附在交换剂上，不同带电荷蛋白间结合吸附固定相的能力不同。
离子交换技术就是根据蛋白质样品间带电性质的差别而进行分离的一种层析方法。
常见的离子交换剂有离子交换纤维素、离子交换树脂和离子交换葡聚糖凝胶。
根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的性质不同，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，在阳离子交换剂中，带正电荷的平衡离子能够和流动相中带正电荷的离子基团进行交换。
例如DEAE纤维素阳离子交换剂，当纤维素交换剂分子上结合阳离子基团二乙氨乙基（DEAE）时，形成阳离子纤维素—O—C6 H14N+H，可与带负电荷的蛋白质进行结合，交换阴离子。
根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，又可以分为强酸型、中等酸型、弱酸型三类阳离子交换剂，强酸型离子交换剂在较大的pH范围内电荷基团完全解离，而弱酸型只能在较小的pH范围内完全解离，如结合羧甲基的离子交换剂在pH小于6时就失去了交换能力。
强酸型阳离子交换剂一般结合的基团有：磺酸甲基、磺酸乙基；中等酸型阳离子交换剂有：磷酸基团和亚磷酸基团；弱酸型离子交换剂有：酚羟基和羧基类；在阴离子交换剂中，带负电荷的平衡离子能与流动相中带负电的离子基团进行交换，例如阴离子交换剂CM纤维素，当纤维素交换剂分子上结合羧甲基（CM）时，形成带有负电荷的阴离子（纤维素－O－CH2－COO一），可与带正电荷蛋白质结合，交换阳离子。
根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，可分为强碱型、中等碱型、弱碱型阴离子交换剂。
一般结合季胺基团基质的交换剂为强碱型离子交换剂，结合叔胺、仲胺、伯胺等为中等或者弱碱型离子交换剂。
离子交换层析法
离子交换层析法一、原理离子交换层析法是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。
由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的pH条件下，其带电状况也不同。
阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。
结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。
反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的pH值洗脱下来。
二、方法与步骤：1.实验试剂与仪器：可溶性蛋白质溶液、TB缓冲液、NaCl溶液、乙醇、去离子水，层析柱、移液器、尼龙纱布、离子交换剂......2.实验步骤（1）装柱：取出层析柱，用去离子水冲洗干净，连接好管子后固定柱子;用水冲洗层析柱3-5次，每次10ml去离子水;取出填料，静止至室温后，根据需要用移液器取出3-5ml的填料进行装柱，用去离子水冲洗填料5个柱体积;（2）柱的平衡与上样：用0.02M TB bufferA缓冲液(PH7.6)平衡Ni柱，直至流出液的pH为7.6;对处理的样品进行过滤后，缓慢上样让蛋白充分结合;（3）洗杂蛋白：用0.02M TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，清洗没有结合到层析柱上的杂蛋白，至流出液与缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;用含10mMNaCL的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含10mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;分别用含20mMNaCL、40mMNaCL、60mMNaCL、80mMNaCL、100mMNaCL 的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含20mMNaCL、40mMNaCL、60mMNaCL、80mMNaCL、100mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测；（4）解离目的蛋白（洗脱）：分别用含100mMNaCL、200mMNaCL、500mMNaCL、1000mMNaCL的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含100mMNaCL、200mMNaCL、500mMNaCL、1000mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;（5）柱的清洗与保存：用含1000mMNaCL的TB bufferA缓冲液(PH7.6)以冲洗层析柱，共冲洗30ml;用浓度为1.5M的NaCl溶液冲洗层析柱，共冲洗30ml;用过滤去离子水冲洗50ml;用20%乙醇冲洗30ml后于4℃20%乙醇中保存。
离子交换柱层析操作
离子交换柱层析操作离子交换柱层析在生物分离和纯化中广泛应用，包括蛋白质分离和纯化。
蛋白质通常具有带电的氨基酸残基，可以与柱子上的离子交换基团发生静电相互作用。
在离子交换柱层析中，通过调节溶液的pH值和离子浓度，可以控制蛋白质与柱子上的离子交换基团之间的相互作用，从而实现蛋白质的选择性吸附和洗脱。
1.离子交换柱的选择：根据所要分离的目标分子的特性选择合适的离子交换柱。
离子交换柱可以根据其固定相的性质分为阴离子交换柱和阳离子交换柱，根据离子交换基团的类型分为疏水基团和孔隙基团等。
2.样品预处理：将待分离的样品进行预处理，包括清除杂质、富集目标分子等步骤，以获得较高的纯度和回收率。
3.样品加载：将预处理过的样品溶液加载到离子交换柱上。
样品溶液中的目标分子与离子交换基团之间发生静电相互作用，被柱子上的固定相吸附。
4.柱洗脱：通过调节洗脱缓冲液的pH值、离子浓度或盐浓度等条件，改变目标分子与离子交换基团之间的相互作用，使其从柱子上洗脱下来。
5.纯化目标分子：将洗脱得到的目标分子进一步纯化和收集，可以通过再次进行柱层析、凝胶过滤、电泳等方法进行。
离子交换柱层析操作对于蛋白质的纯化十分重要。
在蛋白质纯化中，可以根据蛋白质的等电点和溶液的pH值选择合适的离子交换柱，实现对特定蛋白质的选择性吸附和洗脱。
通过优化离子交换柱层析操作的条件，可以获得较高纯度和产量的蛋白质。
总结起来，离子交换柱层析操作是一种常用的用于生物分离和纯化的方法。
它利用样品中带电的离子与柱子上的离子交换基团之间的相互作用，实现对生物分子的选择性吸附和洗脱。
离子交换柱层析对于蛋白质的纯化具有重要意义，可以通过调节柱层析条件实现对特定蛋白质的纯化和富集。
离子交换柱层析操作是一种非常有用和广泛应用的生物分离技术。
化工专业实验-蛋白质的离子交换层析分离实验-2013
化工专业实验蛋白质的离子交换层析实验一、实验目的1．了解离子交换层析分离蛋白质的基本原理。
2．掌握离子交换层析分离操作的基本步骤及方法。
二、实验原理1. 离子交换层析蛋白质的基本原理离子交换层析（Ion Exchange Chromatography，简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析分离方法。
离子交换层析中，基质是由带有电荷的树脂或纤维素组成，带负电荷能吸附正电荷的称之阳离子交换树脂，而带有正电荷能吸附负电荷的称之阴离子交换树脂。
蛋白质（protein）是生命的物质基础，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的生物大分子物质。
蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的。
虽然蛋白质是大分子有机物，但由于蛋白质中含有氨基、羧基等亲水基团，蛋白质长链中的亲水基团向外而疏水基团向内，可以形成特定的三维结构，所以大部分蛋白质仍能较好的溶解在水溶液中。
在一定的离子强度范围内，溶液中的小分子离子在静电作用下吸附包裹在蛋白质表面亲水基团外侧，形成双电层结构，一定程度上有助于稳定蛋白结构及其水溶性。
但蛋白质在不同的pH条件下，其带电状况不同。
当pH较低时，蛋白质表面正电荷多于负电荷，总体电性为正；当pH较高时，蛋白质表面正电荷少于负电荷，总体电性为负；当蛋白质表面正电荷量与负电荷量相当时，蛋白质总体显示电中性，双点层结构解体，蛋白质亲水性降到最低，将表现出明显的疏水性，发生疏水性团聚和沉淀，此时的pH值即为蛋白质的等电点。
不同蛋白质结构不同，等电点亦不同，但大部分已知蛋白多属于阴离子蛋白，在中性溶液中显示出电负性。
离子交换层析可以用于蛋白质的分离纯化：阴离子交换基质能吸附带有负电荷的蛋白质，阳离子交换基质能结合带有正电荷的蛋白质。
一般而言，pH越低，蛋白质净正电荷数越多，pH越高，蛋白质净负电荷数越多；蛋白质分子个头越小，净电荷数越多，离子交换吸附作用越强，越难被洗脱；溶液中小分子离子含量越多，蛋白质可吸附量越少，但若小分子离子含量过低，蛋白质双电层结构不易形成，其水溶性会降低。
离子交换层析实验报告
离子交换层析实验报告实验目的和要求：1、学习离子交换层析的基本原理2、学习离子交换层析分离蛋白质的基本方法和技术3、学习蔗糖酶活性检测的基本原理和方法实验内容和原理：1、离子交换层析由于蔗糖酶的pi偏酸性,所以在 ph7.3缓冲液的环境中，粗分离纯化样品蔗糖酶带负电荷，因此我们用阴离子交换剂可以先与蔗糖酶样品可逆交换吸附，然后通过用盐离子强度逐渐提高的洗脱液，使蔗糖酶和其他杂蛋白质的电荷被中和，与离子交换剂的亲和力降低，把不同的蛋白质按所带电荷的强弱逐一被洗脱下来，从而达到分离蔗糖酶的目的。
2、酶活力检测实验材料和主要仪器：1、实验材料蔗糖酶粗分离纯化（溶解即为样品ⅲ>2、实验试剂(1)deae-sepharose fast flow(220mmol/l tris-hcl ph7.3 缓冲液(3)20mmol/l tris-hc1 （1mo1/l nac1） ph7.3缓冲液(4）0.2mo1/l乙酸缓冲液，ph4.5(55%蔗糖溶液(6)3，5-二硝基水杨酸试剂3、实验仪器(1）高速冷冻离心机(2）层析柱（1.0×20cm (1支/组>(3）aktatm start（1套/组)(4）部分收集器及收集试管（4ml/管）（1台/组)(5）—20℃冰箱〈保存样品用)(6）微量移液枪200ul、1000ul(7）1.5ml离心管〔留样品ⅲ和样品ⅳ用(8）7ml离心管（留样品ⅳ用)(9）恒温水浴（50℃、100℃)(10）试管、移液管、试管架等实验方法和步骤：1、仪器连接(1〉接通各仪器电源，将a,b泵头分别放置a，b两个溶液瓶中。
注意b为含nacl溶液。
(2）点击电脑桌面上unicorn软件图标，打开软件。
选择system control ，点击ok，进入操作界面。
点击connect(3)在操作界面的工具栏，点击mannual run。
出现flowrate 窗口，调节flowrate为1ml/min，确定。
分子医学技能：实验6 离子交换层析 紫外吸收法定量测定蛋白质
缓冲液的选择 原则：不能发生化学反应，所带电荷应与样品一
致。避免使样品变性 洗脱剂的选择
原则：所用洗脱液比吸着物质具有更活泼的离 子或基团 改变pH或离子强度 ： 增强洗脱液与离子交换剂的结合力 降低分离物与离子交换剂的结合力 洗脱方式：梯度洗脱
关于离子交换剂预处理
离子交换纤维素要保证有较好的均匀度，溶胀 的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成 为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂常用 “碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型 交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸” 处理，使最终转为-H-型交换剂。
葡聚糖 带配基的sepharose 或sephadex
离子交换层析
（ion-change chromatography）
原理：用离子交换剂（具有离子交换性能的物质）
作固定相，利用它与流动相中的离子进可逆 交换性质来分离离子型化合物的层析方法。 即溶液中的离子同离子交换剂上功能基团交 换反应的过程。
实验六
离子交换层析 紫外吸收法定量测定蛋白质
离子交换层析
层析技术（chromatography）
层析技术一般原理 层析技术分类及应用
叶绿素的层析
溶有叶绿素的乙醚 碳酸钙粉末 黄色的色带（叶黄素）
绿色的色带（β-胡萝卜素）
继续洗脱，分段收集，就可以使叶黄 素和β-胡萝卜素分离
离子交换层析纯化血清蛋白质
一、原理（1）
阴离子交换R-N+(CH3)3Cl- +A-B+
季胺基
阳离子交换R-SO-N+(CH3)3A-+B+ClR-SO-3 B + + A-H +
交换剂的基本类型包括： 树脂＼纤维素＼葡聚糖 依据被分离样品带电情况而选择阴阳交换剂。
二、器材与试剂
1、器材： 层析柱 移液管 滴管 玻璃棒 烧杯 部分收集器 恒流泵 试管及试管架
滤纸 剪刀及镊子 塑料反应板
2、试剂： （1）0.3M pH6.5醋酸铵缓冲液 （2）0.06M pH6.5醋酸铵缓冲液 （3）0.02M pH6.5醋酸铵缓冲液 （4）200g/L 磺基水杨酸
三、操作
1、装柱：方法同“血清白蛋白盐析及分子筛层 析脱盐”，用0.02M NH4Ac平衡柱子。
2、加样：取2ml血清轻轻加于柱床上，待血清 样品全部进入柱床后，用移液管吸0.02M NH4Ac 溶液约4-5ml加于柱床上。
3、洗脱：连接衡流泵并以1-1.5ml/min的流速 继续用0.02M NH4Ac溶液淋洗，随时监测γ-球蛋 白的流出（约5-6ml液体），并接收，留作电泳 用。
四、现象及解释： 五、结果与讨论：
4、洗脱：收到γ-球蛋白后，继续洗脱30ml， 然后提高盐浓度至0.06M NH4Ac, α-球蛋白 和β-球蛋白可被洗脱下来，收集5-6ml，检 测到蛋白质后继续洗脱30ml。最后，再将盐 浓度提高到0.3M NH4Ac,则白蛋白被洗脱下 来，随时监测蛋白的流出并接收，留作电泳 用。
5、结束：收到白蛋白后继续洗脱１０－１ ５分即可结束。
一、原理（2）
DEAE纤维素为阴离子交换剂，能吸附带负电荷 的物质，在0.02M pH6.5醋酸铵缓冲液条件下，牛 血清中的白蛋白、α-球蛋白和β-球蛋白均带负电 荷，能被DEAE纤维素吸附。而γ-球蛋白带正电荷 不被吸附而直接流出，此时收集的即为提纯的γ球蛋白。
离子交换层析实验报告
一、实验目的1. 掌握离子交换层析的实验原理及操作步骤。
2. 学习离子交换层析在蛋白质分离纯化中的应用。
3. 提高实验操作技能，培养严谨的科学态度。
二、实验原理离子交换层析（Ion Exchange Chromatography，IEC）是一种利用离子交换剂为固定相，根据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的层析方法。
该方法广泛应用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化。
实验中，待分离的蛋白质溶液通过填充有离子交换剂的层析柱，蛋白质分子与离子交换剂上的离子发生可逆交换。
根据蛋白质分子所带电荷和离子交换剂选择性的不同，蛋白质在层析柱中的滞留时间不同，从而实现分离。
通过改变洗脱液的条件（如离子强度、pH值等），可以使蛋白质从层析柱中洗脱出来，收集各个洗脱峰，从而得到纯净的蛋白质。
三、实验材料与仪器1. 材料：蛋白质样品、离子交换树脂、洗脱液、缓冲液等。
2. 仪器：层析柱、恒流泵、紫外检测仪、记录仪、烧杯、移液管、滤纸等。
四、实验步骤1. 准备层析柱：将离子交换树脂用蒸馏水充分浸泡，去除杂质，然后用缓冲液平衡。
2. 样品处理：将蛋白质样品用缓冲液稀释，调节pH值至适宜范围。
3. 上样：将平衡好的层析柱垂直放置，用缓冲液冲洗层析柱，待柱床稳定后，将稀释后的蛋白质样品上柱。
4. 洗脱：改变洗脱液的条件（如离子强度、pH值等），使蛋白质从层析柱中洗脱出来。
5. 收集洗脱液：收集各个洗脱峰，分别检测蛋白质含量。
6. 蛋白质鉴定：对各个洗脱峰进行鉴定，确定目标蛋白质。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，成功分离出目标蛋白质，并得到其纯化曲线。
2. 结果分析：（1）实验过程中，层析柱的平衡、样品的处理、洗脱液的配制等环节对实验结果影响较大，应严格控制。
（2）离子交换层析分离蛋白质的效果取决于离子交换剂的选择性、样品的预处理和洗脱条件等。
（3）实验中，通过改变洗脱液的离子强度和pH值，可以实现蛋白质的逐步洗脱，提高分离效果。
离子交换柱层析法分离纯化蛋白质
离⼦交换柱层析法分离纯化蛋⽩质离⼦交换柱层析法分离纯化蛋⽩质⼀、实验⽬的学习层析技术，掌握离⼦交换柱层析法分离纯化蛋⽩质的操作⽅法。
⼆、基本原理离⼦交换层析是依据各种离⼦或离⼦化合物与离⼦交换剂的结合⼒不同⽽进⾏分离纯化的。
离⼦交换层析的固定相是离⼦交换剂，以液体为流动相。
离⼦交换剂由⼀类不溶于⽔的惰性⾼分⼦聚合物基质，通过⼀定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成。
离⼦交换剂可以分为三部分：⾼分⼦聚合物基质、电荷基团和平衡离⼦。
电荷基团与⾼分⼦聚合物共价结合，形成⼀个带电的可进⾏离⼦交换的基团。
平衡离⼦是结合于电荷基团上的相反离⼦，它能与溶液中其它的离⼦基团发⽣可逆的交换反应。
平衡离⼦带正电的离⼦交换剂能与带正电的离⼦基团发⽣交换作⽤，称为阳离⼦交换剂；平衡离⼦带负电的离⼦交换剂与带负电的离⼦基团发⽣交换作⽤，称为阴离⼦交换剂。
假设以RA+代表阳离⼦交换剂，其中A+代表平衡离⼦，A+可以与溶液中的阳离⼦B+发⽣可逆的交换反应，其反应式为RA+ + B+↔ RB+ + A+上述反应能迅速达到平衡，平衡的移动遵循质量作⽤定律。
下⾯以阴离⼦交换剂为例简单介绍离⼦交换层析的基本分离过程。
阴离⼦交换剂的电荷基团带正电，装柱平衡后，与缓冲溶液中的带负电的平衡离⼦结合。
待分离溶液中可能有正电基团、负电基团和中性基团。
加样后，负电基团可以与平衡离⼦进⾏可逆的置换反应⽽结合到离⼦交换剂上，⽽正电基团和中性基团则不能与离⼦交换剂结合，随流动相流出⽽被去除。
通过选择合适的洗脱⽅式和洗脱液，如增加离⼦强度的梯度洗脱。
随着洗脱液离⼦强度的增加，洗脱液中的离⼦可以逐步与结合在离⼦交换剂上的各种负电基团进⾏交换，⽽将各种负电基团置换出来，随洗脱液流出。
与离⼦交换剂结合⼒⼩的负电基团先被置换出来，⽽与离⼦交换剂结合⼒强的，需要较⾼的离⼦强度才能被置换出来，这样各种负电基团就会按其与离⼦交换剂结合⼒从⼩到⼤的顺序逐步被洗脱下来，从⽽达到分离⽬的。
蛋白质的离子交换层析技术
离子交换层析技术层析（chromatography）也称为色谱，就是将混合物中各种组分分离的方法，是分离、纯化及鉴定生物大分子时最常使用的技术之一。
一个层析系统都包括两相，即固定相和移动相。
当移动相流过加有样品的定相时，由于各组分在两相之间的分配比例不同，它们（各组分）就会以不同的速度移动而相互分离开来。
定相可以是固体，也可以是被固体或凝胶所支持的液体。
定相可以被装入柱中或涂成薄层、薄膜，成为层析“床”。
动相可以是气体，也可以是液体，前者称为气相层析，或者成为液相层析。
离子交换层析技术是以离子交换纤维素、离子交换树脂或离子交换葡聚糖凝胶为固定相，以待分离的样品为移动相，分离和提纯蛋白质、核酸、酶、激素和多糖等的一项技术。
（一）原理在纤维素与葡聚糖分子上结合有一定的离子基团，当结合阳离子基团时，可换出阴离子，则称为阴离子交换剂。
如二乙氨乙基（Dicthylaminoethyl，DEAE）纤维素。
在纤维素上结合了DEAE，含有带正电荷的阳离子纤维素—O—C6 H14N+H，它的反离子为阴离子（如Cl-等），可与带负电荷的蛋白质阴离子进行交换。
当结合阴离子基团时，可置换阳离子，称为阳离子交换剂，如羧甲基（Carboxymethy，CM）纤维素。
纤维素分子上带有负电荷的阴离子（纤维素－O－CH2－COO一），其反离子为阳离子（如Na+等）,可与带正电荷蛋白质阳离子进行交换。
溶液的pH值与蛋白质等电点相同时，静电荷为0，当溶液pH值大于蛋白质等电点时，则羧基游离，蛋白质带负电荷。
反之，溶液的pH值小于蛋白质等电点时，则氨基电离，蛋白质带正电荷。
溶液的pH值距蛋白质等电点越远，蛋白质的电荷越多。
反之则越少。
血清蛋白质均带负电荷，但各种蛋白质带负电荷的程度有所差异，以白蛋白为最多，依次为α球蛋白，β球蛋白和γ球蛋白。
在适当的盐浓度下，溶液的pH值高于等电点时，蛋白质被阴离子交换剂所吸附；当溶液的pH值低于等电点时，蛋白质被阳离子交换剂所吸附。
蛋白质离子交换层析技术
蛋白质离子交换层析技术（一篇较好的综述，转载）已有 210 次阅读2011-9-30 10:50|个人分类:蛋白实验技术|离子交换剂, 关键词, 蛋白质, 技术蛋白质离子交换层析技术摘要：本文介绍了离子交换的基本理论、影响分离纯化的因素、常见的离子交换剂和树脂的处理，以及离子交换层析的基本操作方法。
列举了离子交换层析技术的一些最新应用。
关键词：离子交换层析基本理论树脂处理操作方法应用进展Protein Ion Exchange Chromatography TechniqueAbstract:The basic theories of ion exchange, factors that can influence the separation and purification of proteins, common ion exchangers, ways of processing the resin and basic operating method of ion exchange chromatography are introduced. Some latest applications of this technique are enumerated.Keywords: Ion exchange chromatography; basic theories; resin processing; operating method; advancement of application近年来，随着基因工程和细胞融合技术的发展，利用细菌发酵和动植物细胞培养表达蛋白质成为一种常规技术。
和其它生物产品的生产过程一样,蛋白质的生产过程一般也分为上、中、下游过程。
上、中游过程是运用生物技术生产目标产物,下游过程是指对含有目标产物的物料进行处理、分离、纯化、加工目标产物。
为了生产高纯度、高活性的生物制品，生物工程技术研究经费的30％需花费在分离纯化工艺过程的研究上，调查结果显示，利用传统的分离纯化技术纯化分离阶段的平均生产费用占总生产成本的80％。
实验十二 离子交换柱层析法分离蛋白质
实验十二离子交换柱层析法分离蛋白质实验原理1．离子交换与洗脱所谓离子交换，是指溶液中的某一种离子与另一种靠静电力结合在惰性载体上的离子进行可逆交换的过程，即溶液中的离子结合到载体上而载体上的离子被替换下来。
若惰性载体上以共价键结合着带正电荷的活性基团，则可交换阴离子，叫阴离子交换剂；若以共价键结合着带负电荷的活性基团，则可交换阳离子，叫阳离子交换剂。
在一定的条件下，混合物中不同蛋白质所带电荷的性质及电荷多少不同，有的能与特定离子交换剂结合，有的不能结合；能与离子交换剂结合的蛋白质中，结合力的大小也不一定相同，所以，采用适当的洗脱条件，可以对它们进行有效的分离。
离子交换过程可以表示如下：■一R+Y一+x一→■一R+X一+Y一(阴离子交换)■一R—Y++x+→■一R—X++Y+(阳离子交换)上式中，■代表惰性载体；R代表惰性载体上的活性基团；Y代表平衡离子(可替换离子)；x代表蛋白质分子。
样品进入离子交换柱之前，共价结合于惰性载体上的活性基团大部分处于溶剂化状态，并吸附着平衡缓冲液中带相反电荷的离子。
蛋白质样品进入离子交换柱后，由于分子表面一些基团的电荷性质与交换剂上活性基团的电荷性质相反，因而会通过静电引力结合于交换剂上，并把其原来吸附的平衡离子取代下来。
蛋白质是两性电解质，它与离子交换剂的结合力取决于分子表面能够与离子交换剂形成静电键的数目，而后者首先与分子所携带的电荷的数目有关，其次与蛋白质分子的大小及电荷排列也有一定关系，因为它们与蛋白质分子是否易于在离子交换剂上的适当部位形成静电键有关。
总的来说，蛋白质分子与交换剂之间存在三种不同的结合状态：①蛋白质分子与交换剂之间的静电键数目很多，以致它们同时解离的机率等于零。
洗脱时，这部分蛋白质由于结合紧密而停留在柱顶端。
②蛋白质分子与交换剂之间的静电键数目相对较少，它们同时解离的机率达到某一有限值(0～1之间)。
洗脱时，某一种蛋白质分子的静电键在某一时间里同时解离，随洗脱液向下移动。
实验六 用离子交换层技术纯化目的蛋白
实验六用离子交换层技术纯化目的蛋白【实验目的】使学生掌握离子交换层技术纯化蛋白质的工作原理。
学会筛选离子交换介质的工作方法，以及优化离子交换层析过程的策略，获得具有教高程度的蛋白质。
【实验原理】离子交换层析技术是一种分离纯化生物物质的最常用的方法之一。
由于此种方法是一种建立在各种生物分子携带有不同的电荷的基础之上的分离方法，所以它依赖于分离系统的PH高于被分离物质的PI时，被分离物质带负电荷，可被阴离子交换剂结合，相反，则同阳离子交换剂结合。
生物分子表面所带电荷即使有很小的差别，也足以采用离子交换层析技术把它们分离开来。
通过优化分离系统的离子强度和PH值以及采用梯度洗脱方法可以使离子交换层析的分辨力更高。
蛋白质是带有多个极性集团的大分子物质，在有多种蛋白质存在的蛋白质混合物溶液中，每种蛋白质因其分子大小，氨基酸组成的差别，对同一种离子交换介质具有不同的离子交换吸附能力，接着于此种差别，我们就可以在特定的离子交换层析技术环境下把目的蛋白分离出来。
离子交换层析环境包括离子交换介质的种类、交联度、蛋白质溶液和离子交换层析柱平衡液的pH值及离子强度等。
通过对离子交换层析环境的优化，可以使选择的离子交换剂在特定的环境下仅同目的蛋白结合。
而不同其他蛋白结合，或者仅同杂蛋白结合而不同目的蛋白结合。
然而，此种环境条件对大多数蛋白质来说是不易找到的。
通常遇到的情况是，在特定的条件下，离子交换介质既能与目的蛋白结合也能与杂蛋白结合，但是对两者的结合量有所不同。
在此种情况下，可以通过选用特异的洗脱条件选择性的将目的蛋白或杂蛋白从离子交换层析柱上洗脱下来，而达到分离纯化目的蛋白质的目的。
离子交换剂同其反离子的结合能力因反离子的种类不同而有差别。
例如强酸性（阳）离子交换剂对H+的结合力比对Na+的小；强碱性（阴）离子交换剂对OH-的结合力比对Cl-1的小；而弱酸性和弱碱性离子交换剂对上述离子的结合力的大小同强酸性和强碱性离子交换剂相反。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
离子交换层析技术
层析( chromatography) 也称为色谱, 就是将混合物中各种组分分离的方法, 是分离、纯化及鉴定生物大分子时最常使用的技术之一。
一个层析系统都包括两相, 即固定相和移动相。
当移动相流过加有样品的定相时, 由于各组分在两相之间的分配比例不同, 它们( 各组分) 就会以不同的速度移动而相互分离开来。
定相能够是固体, 也能够是被固体或凝胶所支持的液体。
定相能够被装入柱中或涂成薄层、薄膜, 成为层析”床”。
动相能够是气体, 也能够是液体, 前者称为气相层析, 或者成为液相层析。
离子交换层析技术是以离子交换纤维素、离子交换树脂或离子交换葡聚糖凝胶为固定相, 以待分离的样品为移动相, 分离和提纯蛋白质、核酸、酶、激素和多糖等的一项技术。
( 一) 原理
在纤维素与葡聚糖分子上结合有一定的离子基团, 当结合阳离子基团时, 可换出阴离子, 则称为阴离子交换剂。
如二乙氨乙基( Dicthylaminoethyl, DEAE) 纤维素。
在纤维素上结合了DEAE, 含有带正电荷的阳离子纤维素—O—C6 H14N+H, 它的反离子为阴离子( 如Cl-等) , 可与带负电荷的蛋白质阴离子进行交换。
当结合阴离子基团时, 可置换阳离子, 称为阳离子交换剂, 如羧甲基( Carboxymethy, CM) 纤维素。
纤维素分子上带有负电荷的阴离子( 纤维素－O－CH2－COO一) , 其反离子为阳离子( 如Na+等) ,可与带正电荷蛋白质阳离子进行交换。
溶液的pH值与蛋白质等电点相同时, 静电荷为0, 当溶液pH值大于蛋白质等电点时, 则羧基游离, 蛋白质带负电荷。
反之, 溶液的pH值小于蛋白质等电点时, 则氨基电离, 蛋白质带正电荷。
溶液的pH值距蛋白质等电点越远,
蛋白质的电荷越多。
反之则越少。
血清蛋白质均带负电荷, 但各种蛋白质带负电荷的程度有所差异, 以白蛋白为最多, 依次为α球蛋白, β球蛋白和γ球蛋白。
在适当的盐浓度下, 溶液的pH值高于等电点时, 蛋白质被阴离子交换剂所吸附; 当溶液的pH值低于等电点时, 蛋白质被阳离子交换剂所吸附。
由于各种蛋白质所带的电荷不同。
它们与交换剂的结合程度也不同, 只要溶液pH值发生改变, 就会直接影响到蛋白质与交换剂的吸附, 从而可能把不同的蛋白质逐个分离开来。
交换剂对胶体离子( 如蛋白质) 和无机盐离子( 如NaCl) 都具有交换吸附的能力, 当两者同时存在于一个层析过程中, 则产生竞争性的交换吸附。
当Cl-的浓度大时, 蛋白质不容易被吸附, 吸附后也易于被洗脱, 当Cl-浓度小时, 蛋白质易被吸附, 吸附后也不容易被洗脱。
因此, 在离子交换层析中, 一般采用两种方法达到分离蛋白质的目的。
一种是增加洗脱液的离子强度, 一种是改变洗脱液的pH值。
pH值增高时, 抑制蛋白质阳离子化, 随之对阳离子交换剂的吸附力减弱。
pH值降低时, 抑制蛋白质阴离子化, 随之降低了蛋白质对阴离子交换剂的吸附。
当使用阴离子交换剂时, 增加盐离子, 则降低pH值。
当使用阳离子交换剂时, 增加盐离子浓度, 则升高溶液pH值。
( 二) 常见离子交换剂的种类与特性
1.离子交换纤维素离子交换纤维素的种类很多, 其种类与特性如表1－1所示。
表1-1 离子交换剂的类型与特点
在交换纤维素中, 最常见的是DEAE纤维素和CM纤维素。
由于剂型不同, 其理化性质和作用也有所差异。
一般而言, 微粒型要优于纤维素型, 因为微粒型是在纤维素型的基础上进一步提炼而成。
它的交换容量大, 粒细、比重大, 能装成紧密的层析柱, 要求分辨力高的实验可用此型纤维素( 见表1－2) 。
表1-2 商品DEAE—纤维素和C M纤维素的类型和特性
离子交换纤维素的优点为: ①离子交换纤维素为开放性长链, 具有较大的表面积, 吸附容量最大; ②离子基团少, 排列稀疏, 与蛋白质结合不太牢固, 易于洗脱; ③具有良好的稳定性, 洗脱剂的选择范围广。
2．离子交换交联葡聚糖离子交换交联葡聚糖也是广泛使用的离子交换剂, 它与离子交换纤维素不同点是载体不同, 常见交联葡聚糖的类型与特性见表1-3。
表1-3 常见交联葡聚糖的类型与特性
离子交换交联葡聚糖有如下优点: ①不会引起被分离物质的变性或失活;
②非特异性吸附少; ③交换容量大。
离子交换葡聚糖的选用, 一般根据蛋白质的分子量而定。
中等分子量( 30 000-200 000) 一般选A50和C50, 而低分子量( ＜30 000和高分子量＞200 000) 均宜选用A25和C25。
( 三) 试验方法
阴离子交换剂与阳离子交换剂的装柱和层析过程基本相同。
交联葡聚糖
的预处理只需充分溶胀和平衡, 不需要除去细粒碎片和酸碱处理。
其它步骤也基本同离子交换纤维素。
1．剂型的选择根据蛋白质在所用缓冲液pH值下带电荷的种类选择, 如pH高于蛋白质等电点, 应选阴离子交换剂, 反之应选阳离子交换剂。
一般情况下, DEAE-纤维素用于分离酸性蛋白, 而CM纤维素用于分离碱性蛋白质。
下面以DEAE-纤维素操作为例, 介绍试验方法
2．膨胀活化此步的目的在于除去杂质, 暴露DEAE-纤维素上的极性基团。
DEAE-纤维素的用量则根据柱容积的大小和所需过柱样品的量来决定。
一般是1.0g DEAE-纤维素相当于6ml～8ml柱床体积。
表1－4 分离的血清与所需DEAE—纤维素量及其它条件的大致关系
称取所需的量, 撒于0.5Mol/L NaOH溶液中( 1g DEAE—纤维素干粉约需15倍NaOH液) , 浸泡1h左右, 不时搅拌。
抽滤( 以布氏漏斗加两层滤纸或尼龙纱布抽滤) , 以蒸馏水洗涤, 再抽滤, 直至滤液近中性为止, 再将纤维素浸泡于0.5Mol/L HCl中1h, 同样抽滤液至近中性。
再将纤维素浸于0.5Mol/L NaOH 液中, 同样处理, 洗至中性。
3．平衡将DEAE—纤维素放入0.0lMol/L pH 7. 4 PB液中( 即起始缓冲液) , 静止1h, 不时搅拌, 待纤维素下沉后, 倾去上清液或抽滤除去洗液, 如此重复几次至倾出液体的pH值与加入的PB液的pH值相近时为止。
4．装柱层析柱的选择要大小、长度适当。
一般而言, 柱长和柱直径之。