生物大分子的分离与制备2013概要

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2.植物材料:
选材:注意植物品种和生长发育状况不同,其 中所含生物大分子的量变化很大,另外与季节性关 系密切。 种子须泡胀或粉碎才可使用。 含油脂较多的也要进行脱脂处理。 a.提取核DNA:选用黄化苗(生长7-10天小麦, 水稻),防止叶绿体DNA的干扰 b.提取RNA:根据实验目的选用生长幼嫩组织为 好。 保存:冷冻采样后尽快放于-4℃――20℃冰箱 内。 DNA,RNA 采样后,N2速冻,至-70℃冰箱。对 2018/11/16 RNA样,如不立即使用,冷冻保存尤为重要。
的过程。 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。 产物的浓缩,干燥和保存。
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生物大分子分离纯化的一般步骤和原则
层析法
电泳法
生物组织→ →提取液→ →粗产品→ 超离心法 透析和超滤 │←前处理→│ ←粗分级→ │ ← 细分级 →│ →结晶
3 、微生物
为制备生命大分子物质的主要材料之一。
用离心法收集到的上清液, 可用于制备胞外酶和某些辅基等有效成分; 可置低温下短时间贮存。 收集到的菌体,经破细胞处理后则可从中提取其他有 效成分; 或制成冻干粉,在4℃保存(数月不会变质)。
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第二节 细胞的破碎
胞外物质——直接提取
生物化学研究技术方法
• 生物化学研究技术:
– 分离技术:沉淀、吸附、膜分离(过滤、透析等)、 离心、层析、电泳等; – 分析检测技术:电泳、层析、光谱、质谱、电化学技 术、分子标记等。 – 分子生物学研究技术:基因重组、分子杂交、 PCR 与 反转录、核酸测序、免疫技术、生物芯片等等。
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生物化学分离方法与一般的化学分离方法相比, 有下列几个特点:

生物材料组成非常复杂。其中包括数百种甚至数 千种化合物,并且在分离过程中,这些化合物仍 在发生代谢变化,如蛋白质和核酸的水解。 有些化合物的含量极微,如激素等。

许多具有生物活性的物质一旦离开活体,很易 变变性破坏,因此常选用比较温和的条件进行制 备。 生化分离制备几乎都在溶液中进行,影响因素 很多,实验方法经验性较强。
依据原理
•材料选择与处理 •细胞破碎(机械破 碎、溶账和自溶、 酶解、化学处理)
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•盐析(硫酸铵盐析) •等点电沉淀 •有机溶剂沉淀 •离心
• 分子大小 • 溶解度 • 电荷性质 • 吸附性质 • 生物亲和
注意事项
基本原则:防止生物分子变性、降解 1.控制适当的pH 2.控制低温
用。如系大规模生产时,可用电动研磨法。细菌和
植物组织的细胞破碎均可用此法。
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(2) 组织捣碎器法: (大量样品) 用捣碎器(转速8000-10000r/m)处理30-45s可 将植物和动物细胞完全破碎。如用其破碎酵母菌和 细菌的细胞时,须加入石英砂才有效。 在捣碎期间必须保持低温,捣碎的时间不易太 长,以防温度升高引起有效成分变性。现在多用细 胞破碎仪。
胞内物质——破坏细胞壁或细胞膜后提取
细胞破碎的主要方法: 机械破碎 溶胀和自溶 化学处理:如丙酮、氯仿、甲苯、SDS等
生物酶降解
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细胞破碎技术
破碎方式 机械法 非机械法
固体剪切 作用 压榨
液体剪切 作用 高 压 匀 浆 超 声 破 碎
干燥 处理 酶溶法
溶胞 作用 化学法 物理法
珠磨法
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生物化学研究技术方法
经典的研究步骤:
– 分离生化组分(细胞器 和生物分子); – 分析生化组分的结构; – 分析生化组分的功能和 代谢(合成与分解)及 其相互作用。
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生命现象
改 造 利 用
分离
生化组分
分析
1、结构与性质 2、功能 3、代谢及其细胞调控
理。
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生物化学研究技术方法
生物化学研究的方法:
– 观察:生命现象 – 分离:未知蛋白组分,新基因片段,新的次生代谢物。 (抽提、过滤、离心、色谱) – 分析:
• 结构与性质(序列分析,X- 射线晶体衍射,核磁共 振,波谱,质谱等) • 功能(实验设计与方法) • 代谢及其细胞调控 • 改造及利用
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(4) 压榨法: 是一种温和、彻底破碎细胞的方法。用30MPa 左右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。 (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。
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生物化学研究技术方法

研究技术的选择:???
– 实验的目的:定性分析与定量分析;
– 分离或分析物的物理化学性质; – 研究技术的精确性、准确性及检测限; – 研究成本;
– 潜在的风险与危害。
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生物分子的结构与功能分析:
1. 蛋白质结构分析 2. 酶活力检测 3. 蛋白质组学分析 4. DNA序列分析 5. 聚合酶链反应(PCR)6. 分子杂交 7. 基因克隆 8. 基因组文库构建 9. cDNA文库构建 10. 文库筛选 11. 报告基因检测 12. 基因芯片 13. 基因敲除 14. RNAi 15. 转基因动物
3.注意提取过程中的溶液环境
4.防止提纯过程中丟失一些辅助因子或亚基
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第一节:生物材料的选择
选择生物材料的原则:有效成分含量多,稳定性好;来源
丰富,保持新鲜;提取方法简单;有综合利用价值等。 生物材料一般可以分为两大类:天然生物材料和人工生物 材料。 生物材料一般是指在自然界易采集的、目的物含量较高的 生物个体、器官或组织。
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生物大分子 的提取与制备
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生物化学研究的三个主要发展阶段:
– 叙述生物化学阶段(1770~1903 年)。又称为静态或形态生 物化学,研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含 量为主。 – 动态生物化学阶段(1903~1950 年)。又称为生理化学。主 要研究生物体内组成物质的化学变化及相互转变。 – 功能或分子生物化学阶段( 1950 年至今)。研究生命的本质 和奥秘:运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机
JY92-II D超声波 细胞粉碎机
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超声波破碎的适用范围
超声波破碎是很强烈的破碎方法,适用于多数 微生物的破碎。 一般杆菌比球菌易破碎,G-细菌比G+细菌易破 碎,对酵母菌的效果较差。 但超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性 活性物质失活。 超声波破碎的有效能量利用率极低 由于对冷却的要求相当苛刻,所以不易放大, 但在实验室小规模细胞破碎中常用。
人工生物材料又分为三种:
1、 新品种材料 2、组织培养材料
3、生物产品与生物制品材料
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要了解的生物大分子的物理、化学性质主要有: 在水和各种有机溶剂中的溶解性。 在不同温度、 pH 值和各种缓冲液中生物大分子 的稳定性。 固态时对温度、含水量和冻干时的稳定性。 各种物理性质:如分子的大小、穿膜的能力、带 电的情况、在电场中的行为、离心沉降的表现、 在各种凝胶、树脂等填料中的分配系数。 其他化学性质:如对各种蛋白酶、水解酶的稳定 性和对各种化学试剂的稳定性。 对其他生物分子的特殊亲和力。
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超声波破碎的机理: 一般认为在超声波作用下液体发生空化作用 (cavitation), 液体中局部空穴的形成、增大和闭合产生极大 的冲击波和剪切力,引起的粘滞性旋涡在细胞上造 成了剪切力,使细胞内液体发生流动,从而使细胞 破碎。 操作过程产生大量的热,需在冰水或外部冷却 的容器中进行。
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生物大分子相互作用分析:
• 生化反应过程实际上是生物分子间的相互作 用过程。生物大分子间的相互作用是它们的 功能基础。随着分子生物学研究的进展,建 立了一系列研究核酸及蛋白质相互作用的技
术。
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生物大分子相互作用分析技术:
1. 2. 3. 4. 凝胶阻滞分析法 DNA酶Ⅰ足纹分析法 蛋白质芯片 酵母双杂交系统筛选相互作用蛋 白质
效果:作用强烈,但活性 物质易受破坏 操作:低温、短时。
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(3) 超声波法: 借助声波的震动力破碎细胞壁和细胞器的有效 方法。多用于微生物细胞的破碎,一般输出功率 100-200W,破碎时间3—15min。如果在细胞悬浮液 中加石英砂则可缩短时间。 为了防止电器长时间运转产生过多的热量,常 采用间歇处理和降低温度的方法进行。 超声波的细胞破碎效率与细胞种类、浓度和超 声波的声频、声能有关。
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第一章 生物大分子的分离纯化
蛋白质(酶)、核酸存在于一切生物体中,是 非常重要的生物大分子。 蛋白质是生物功能的执行者,担负着生物催化、
物质运输、运动、防御、调控及记忆、识别等
多种生理功能; 核酸是遗传信息的携带者,在生物体中指导各 种蛋白质的合成。
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研磨
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细胞破碎方法及其原理
通过机械运动产生的剪切 力,使组织、细胞破碎。
通过各种物理因素的作用, 使组织、细胞的外层结构破 坏,而使细胞破碎。 通过各种化学试剂对细胞 膜的作用,而使细胞破碎 通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用,使 细胞外层结构受到破坏, 而达到细胞破碎
机械破碎 物理破碎
现代生化技术概论
教师:王爱英 副研究员 生命科学学院
邮箱:495684278@qq.com
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课程要求
平时成绩占30%,包括考勤、课前提问10 分;要求每位同学准备笔记本,记好每堂 课的笔记,占20分。 期末考试占到70%,其中包括名词解释, 填空,简答题,分析及其叙述题 借阅相关的书籍资料进行预习以及复习, 奠定好基础。 课程讲述以专题的形式,涉及相关的实验 技术以及生物化学与分子生物学相关技术 的发展。
捣碎法 研磨法 匀浆法 超声法 温度差破碎法 压力差破碎法 有机溶剂: 表面活性剂: 酸碱 自溶法 外加酶制剂法
化学破碎
酶促破碎
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1. 机械破碎:
(1) 研磨法(小量样品)
剪碎的动物组织如鼠肝、兔肝等置研钵中,用
研磨棒研碎。为了提高研磨效果,可加入一定量的 石英砂。用匀浆器处理,也能破碎动物细胞。此法 较温和,适宜实验室使用。 但加石英砂时,要注意其对有效成分的吸附作
1、动物组织
• 保存:对预处理好的材料,若不立即进行实验, 应冷冻保存。 a.冰冻:剥去脂肪和筋皮等结缔组织,短期保存: -10℃的冰箱内; 长期保存:-70℃低温冰箱 内。 b.干燥:对于像脑垂体一类小组织,可置丙酮液 中脱水,干燥后磨粉储存备用;对于含耐高温有 效成分(如:肝素)的肠粘膜,可在沸水蒸煮处 理,烘干后能长期保存。 冰箱的除霜循环,可能对細胞造成伤害,要特 別小心。解冻時要越快越好,但避免局部過熱。
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制备生物大分子的分离纯化方法多种多样, 主要是利用它们之间特异性的差异,如分子 的大小、形状、酸碱性、溶解性、溶解度、 极性、电荷和与其他分子的亲和性等。
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1.动物组织:
选材:必须选择有效成分含量丰富且易分离的 脏器组织为原材料。单酯酶,从含量看,虽然在胰 脏、肝脏和脾脏中较丰如磷酸富,但是因其与磷酸 二酯酶共存,进行提纯时,这两种酶很难分开。所 以实践中常选用含磷酸单酯酶少,但几乎不含磷酸 二酯酶的前列腺作材料。 脱脂:脏器中含量较高的脂肪,容易氧化酸败, 导致原料变质影响纯度操作和制品的率。 常用的脱脂方法有:人工剥去脏器外的脂肪组织; 浸泡在脂溶性的有机溶剂(丙酮,乙醚)中脱脂; 采用快速加热(50℃左右),快速冷却的方法,使 溶化的油滴冷却后凝聚成油块而被除去。 2018/11/16

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生物大分子的制备通常可按以下步骤进行:
确定要制备的生物大分子的目的和要求,
是进行科研、开发还是要发现新的物质。 建立相应的可靠的分析测定方法,这是制 备生物大分子的关键。 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。
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生物材料的破碎和预处理。 分离纯化方案的选择和探索,这是最困难
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