第一章+生命大分子物质的制备

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解决的办法:

① 用无离子水或重蒸水配制试剂 ② 在配制的试剂中加1-3mmo1/L EDTA(金属 离子络合剂)
8.抽提液与抽提物的比例

抽提液与抽提物的比例要适当,一般以5:1 为宜。 如抽提液过多,则有利于有效成分的提取, 但不利于纯化工序的进行。

第五节 浓缩
抽提液的体积若比较大,应先进行浓缩处理。
注意: 1)加入石英砂; 2)必须保持低温,以防温度升高引起有效成 分变性; 3)时间不易太长。
3. 超声波法

它是借助声波的振动力破碎细胞壁和细胞 器的有效方法。 加石英砂则可缩短时间。
为防止产生过多的热量,用间歇处理和降 低温度的方法。


4.压榨法

此法是一种温和、彻底破碎细胞的方法。
用1.77×108-3.54×108 Pa的压力迫使几十毫升 细胞悬液通过一个小孔(<细胞直径的孔), 致使其被挤破、压碎。
第六节 纯化方案的设计与评价

纯化方案——指在纯化过程中几种纯化方法 有机的联合应用的总称。 它是成功地达到纯化目的的前提。纯化方案 合理,就能事半功倍。

一、纯化方案的设计
1. 选择纯化方法 依据:抽提液中有效成分和杂质之间理化性质的 差异性

沉淀法—溶解度的差异 离子交换层析法—电荷差异 凝胶过滤法—分子量差异 亲和层析—配体亲和力差异
1.pH值
对具有等电点的两性电解质物质,抽提液的 pH值应在偏离等电点的稳定范围内。

碱性蛋白质选用低pH值的溶液抽提; 酸性蛋白质选用高pH值的溶液抽提; 用调至一定pH值的有机溶剂抽提。
注意

调pH值时,注意搅拌,避免局部出现过高 的酸、碱浓度,导致所需物质变性 有些抽提过程的最适pH值与使有效成分的 活性稳定的pH值并不一致
加 压
蛋白质溶液 半透膜 支持膜的栅板
超滤液
四、 透析浓缩法
把装抽提液的透析袋埋在吸水力强的聚乙二 醇(polyetheyleneglycol,分子量20000以上, 简称 PEG )或甘油中, 10 毫升抽提液可在 1 小 时内浓缩到几乎无水的程度。
透析——只用于除盐类和小分子杂质
五、减压蒸馏浓缩法
1. 动物脏器
(1)冰冻

动物: 剥去脂肪和筋皮等结缔组织,冲洗干净 -10 ℃冰库可短期保存 -70 ℃低温冰箱长期贮存
对含有较多脂肪的脏器需要脱脂,一般脱脂的 方法 1)人工剥去脏器外的脂肪组织; 2)浸泡在脂溶性的有机溶剂(如丙酮、乙醚) 中脱脂; 3)采用快速加热(500 ℃左右)、快速冷却的 方法、使熔化的油滴冷却后凝聚成油块而被 除去; 4)利用油脂分离器使油脂与水溶液得以分离。
当凝胶对有效成分吸附力强或吸水后对有效 成分的性质有影响时,不宜采用。

三、超过滤法
把抽提液装入超过滤装置,在空气或氮气 (5.05×105Pa)压力下,使小分子物质(包括 水分)通过半透膜(如硝酸纤维素膜),大分 子物质留在膜内。用此法在12小时内可使50毫 升样品浓缩到5毫升。
超过滤—除小分子杂质,分离、浓缩蛋白质
(2)干燥

对于像脑下垂体一类小组织,可置丙酮液中脱 水,干燥后磨粉贮存备用 对于含耐高温有效成分(如肝素)的肠粘膜, 可在沸水中蒸煮处理,烘干后能长期保存

2. 植物组织
(1)若是叶片,用水洗净即可使用,或在10小时 内置-4 ℃—-30℃冰箱贮藏备用; (2)若是植物种子,则须泡胀或粉碎才可使用。 如材料含油脂较多时,也要进行脱脂处理。
植物组织或微生物——酚类化合物

当细胞破裂时,它可在多酚氧化酶的作用下 转变为醌类物质,使抽提液的颜色由无色变 为棕褐色,严重影响了有效成分的提取。
加10%苯基硫脲或3×10-3mol/L聚乙烯吡珞 烷酮或者是前面提到的还原剂,即可防止这 一现象的发生。

7.金属离子

巯基还能和来源于制备缓冲液的试剂中的 金属离子如铅、铁或铜作用,产生沉淀复 合物。

3.生物活性检测法

大多数生命物质,尤其是一些激素类物质,当 把它们注射入动物的特定器官时,所属机体将 发生相应的变化,并且二者间有一定的相关性, 即可对生命活性物质进行检测。
如人绒毛膜促性腺激素(HCG)能使小鼠子宫 迅速增值,通过测小鼠子宫的变化,就可推测 出HCG的生理活性。

4. 免疫分析法
2. 可选择多种纯化方案时,纯化方法的排布应 遵循的原则 1)先选用粗放、快速、有利于缩小样品体积和 后工序处理的方法。 2)精确、费时间和需样品量少的方法应当后选 用。 注意:一个纯化方案中,切忌一种方法重复使用。 否则,不但不能提高纯化倍数,反而会降低回 收率。
二、纯化方案的评价
四、生物酶降解

生物酶(如溶菌酶)有降解细菌细胞壁的功 能。用此法处理细菌细胞时,先是细胞壁消 解,随之而来的是因渗透压差引起的细胞膜 破裂,最后导致细胞完全破碎。
例如,从某些细菌细胞提取质粒DNA时,不 少方法都采用加溶菌酶(来自蛋清)破细胞 壁的步骤。

第四节 抽提
指用适当的溶剂和方法,从原料中把有 效成分分离出来的过程。

若用有机溶剂抽提蛋白质等物质时,加入 少量的中性盐也可使其稳定。 用高浓度盐溶液的抽提物上层析柱时,一 定要将盐除去。

3. 水解酶—自身存在
这些酶在合适的条件下,与欲抽提的蛋白质或 核酸发生反应,导致蛋白质或核酸分解,而使 实验失败。
使这些பைடு நூலகம்丧失活性: 加入抑制剂(苯甲基磺酰氟化物,简称PMSF) 调节抽提液的pH、离子浓度或极性等

2. 溶剂的极性和离子强度
有些蛋白质或酶在极性大、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。


降低极性的方法

增加蔗糖或甘油的浓度
二甲基亚砜或二甲基甲酰胺使溶液的极性 大大降低

提高溶液的离子强度
在水溶液中加入中性盐如KCl、NaCl、NH4Cl 和(NH4)2SO4
一般而言: 离子强度较低的中性盐溶液促进蛋白质溶解, 保护蛋白质活性的作用。 离子强度过高则引起蛋白质发生盐析作用。

常用的盐溶液是NaCl 溶液,浓度以0.15mo1/L 为宜。为促使蛋白质与核酸、蛋白质与细胞 器的分离,则宜用高浓度(0.5-2.0mo1/L)的 盐溶液。粘多糖类物质也溶于高离子强度的 盐溶液。

5.冻融法
将细胞置低温下冰冻一定时间,然后取出置 室温下(或40℃左右)迅速融化。如此反复 冻融多次,细胞可在形成冰粒和增高剩余胞
液盐浓度的同时,发生溶胀、破碎。
二、溶胀和自溶
1. 溶胀

细胞膜为天然的半透膜,低浓度的稀盐溶液 中,由于存在渗透压差,溶剂分子大量进入 细胞,引起细胞膜发生胀破的现象称溶胀。 例如,红血球置清水中会迅速溶胀破裂并释 放出血红素。

一、机械破碎
1.研磨法
1)用研磨棒研碎组织,可加入一定量的石英砂 (45-50μm)。 2)匀浆器处理 优点:较温和,适宜实验室应用 注意:加石英砂时,对有效成分有吸附作用 细菌和植物组织的细胞破碎均可用此法
2.组织捣碎器法
剧烈的破碎细胞方法。 在转速8000-10000 r/min下处理30-45秒,细胞 能完全破碎。
第一章 生命大分子物质的制备
生命大分子物质——通常是指动物、植物和微 生物进行新陈代谢时所产生的蛋白质(包括酶) 和核酸等有机化合物。
问题:
如何获得纯的和比较纯的生命大分子物质?
制备的一般过程
1) 材料的选择与处理 2) 测定方法的确立 3) 有效成分的抽提 4)粗品的纯化和纯品的鉴定
第一节 材料的选择

(3)浊度法
极稀的悬浮液采用此法测定,即测定悬浮液在 不被吸收的波长下的消光值。 此法用于测定细菌生长的浓度(A600 nm)。
2.电化学法

有些反应过程会放出质子氢(H+),可用灵 敏的pH计或NaOH溶液滴定等方法追踪其变 化,从而计算出欲测物的含量或活力。
例如,葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖氧化成葡 萄糖酸,用NaOH溶液滴定该酸的含量,使 可求出葡萄糖氧化酶的活力。
将抽提液装入减压蒸馏器的圆底烧瓶中,在减 压真空状态下进行蒸馏。当真空度较高时,溶 液的沸点可控制在 30℃ 以下。这种方法一般 适用于常温下稳定性好的物质。
六、冰冻干燥法

冰冻的抽提液在真空状态下,可以由固 体直接变为气体。有效成分不会破坏。 冻干机主要由低温干燥箱、真空泵和冷 冻机构成。

在冻干小体积样品时,可以将其置玻璃真空 干燥器中进行。 具体作法: 把分装至小瓶中的样品冰冻后放入装有五 氧化二磷或硅胶吸水剂的真空干燥器中, 连续抽真空使其达到浓缩、干燥状态。

6.氧化
蛋白质都含有必须的巯基,若抽提液中存 在氧化剂或氧分子时,会使巯基形成分子 内或分子间的二硫键,导致酶(或蛋白质) 失活(或变性)。
在抽提液中加入
1) β-巯基乙醇(1-5mmol/L) 2)半胱氨酸(5-20mmo1/L) 3)还原谷胱甘肽 4)巯基乙酸盐(1-5mmo1/L)等还原剂 可以防止巯基发生氧化作用,或者延缓 某些酶活性的丧失。

有效成分——是指欲纯化的某种单一的生命大 分子物质 杂质——有效成分以外的其它物质

材料选择应遵循的原则 1)有效成分含量多 2)稳定性好 3)来源丰富 4)保持新鲜 5)提取工艺简单 6)有综合利用价值
二、 材料的处理
根据常用的动物、植物和微生物材料的特点各 异,所以材料处理的要求也不同。
一、沉淀法
加入适量的中性盐,如 [(NH4)2SO4] 或有机溶剂, 使有效成分变为沉淀。经离心或过滤收集的沉 淀物,加少量缓冲液溶解后,再经离心除去不 溶物,获得的上清液通过透析或凝胶过滤脱盐。
二、吸附法

加干葡聚糖凝胶G25到抽提液,两者比例为 1:5。抽提液的体积可缩小三倍左右,回收 蛋白质量约80%。
3. 微生物
特点:种类多、繁殖快、培养简便、诱变容易 和不受季节影响
培养液
收集上清
菌体
有效成分
有效成分
(低温下短时间储存)(干粉,4℃保存)
第二节 确定测定方法
问题: 1. 此物质在哪些材料中含有? 2. 哪些材料中含量较丰富? 3. 所用的纯化方案是否合适?

目的: 确定专一、准确、灵敏和简便的测定方法

2. 自溶

细胞结构在本身所具有的各种水解酶如蛋白酶 和酯酶等作用下,发生溶解的现象称自溶。 特别小心操作,水解酶不仅可使细胞壁、细胞 膜破坏,也可把有效成分在自溶时分解。

三、化学处理
用脂溶性的溶剂(如丙酮、氯仿、甲苯)或表 面活性剂(SDS)处理细胞时,可把细胞壁、 细胞膜的结构部分溶解,进而使细胞释放出各 种酶类等物质,并导致整个细胞破碎。
采用抗体与抗原之间发生的特异反应,并结合 放射性同位素标记或酶标记,就可对有关物质 进行灵敏的定性或/和定量分析。
5.生物传感器
用生物传感器中的敏感膜与待测溶液中的 某一物质进行反应,即可通过显示器反映 出有效成分的数量。
第三节 细胞的破碎
欲提取存在于细胞内的物质时,必须把细胞破 碎。

动物——细胞膜较脆弱极易破损,在组织绞碎 或提取时就破坏了。 植物和微生物——细胞壁较牢固,需要在提取 前进行专门的破细胞操作。
1. 可用缓冲液,或稀酸、稀碱、有机溶剂 (如丙酮、乙醇)等溶液抽提 2. 还可用蒸馏水抽提
一般理想的抽提溶液应具备的条件
1)对有效成分溶解度大,破坏作用小; 2)对杂质不溶解或溶解度很小; 3)来源广泛、价格低廉、操作安全等。
二、抽提有效成分的影响因子
1. pH值 2. 金属离子 3. 溶剂的浓度 4. 极性
二、常用的测定方法
1. 光谱法
优点:所用样品量较少,操作简单,反应迅速、 灵敏,结果也较准确。 适用:蛋白质的含量测定。
(1)吸收光谱法
当一种酶反应的底物或产物有一个明显的 吸收光谱时,可以借助测定发色团的产生 和消失来确定酶存在的数量。
(2)荧光法

优点:精确性、重复性和灵敏度比吸收光谱 法好。 当分析物含量低、用吸收光谱法不能检测时, 改用荧光分析法却能求得满意结果。
4.温度

蛋白质或酶在低温(如0℃左右)最稳定。
如,在生产人绒毛膜促性腺激素(HCG)制 品时,一定要在低温下进行。 从鸟肝分离出的丙酮酸羧化酶正好相反。它对 低温敏感,25℃时才稳定。
5.搅拌

能促使欲抽提物与抽提液的接触,并能增 加溶解度 采用温和的搅拌方法,速度太快时容易产 生泡沫,致某些酶类变性失活
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