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。

如：葡聚糖（Sephadex）、聚丙烯酰胺（PAG）、琼脂糖（Sepharose）

平衡缓冲液：它的离子强度和pH的选择首先要保证各个待分离物质如蛋白质的稳定。其次是要使各个待分离物质与离子交换剂有适当的结合。

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

洗脱缓冲液：在离子交换层析中一般常用梯度洗脱，通常有改变离子强度和改变pH 两种方式。改变离子强度通常是在洗脱过程中逐步增大离子强度，从而使与离子交换剂结合的各个组分被洗脱下来；而改变pH的洗脱，对于阳离子交换剂一般是pH从低到高洗脱，阴离子交换剂一般是pH从高到低。由于pH可能对蛋白的稳定性有较大的影响，故一般通常采用改变离子强度的梯度洗脱。

强酸性阳离子换剂H+的结合力比对Na+的小；H型SPSepharoseFF

Nacl、NaOH、NH4OH、NH4Cl洗脱磷酸缓冲液平衡

弱酸性阳离子交换剂对H+的结合力远比对Na+的大；Na型CM-纤维素

NAOH或HCLH+或Na+洗脱

强碱性阴离子交换剂对OH-的结合力比对C1-的小得多；OH型

弱碱性阴离子交换剂对OH-的结合力比对Cl-的大。Cl型DEAE-纤维素

Nacl、NaOH、乙酸铵（NH4Ac）、磷酸根（PO3-）洗脱Tris-Hcl、磷酸盐缓冲液平衡。

阴离子交换剂碱性碱性缓冲液酸性蛋白蛋白pI＜pH时带负电

阳离子交换剂碱性酸性缓冲液碱性蛋白pI＞pH时带正电

DEAE-纤维阴离子交换剂纯化分离酸性蛋白碱性缓冲液

CM纤维素阳离子交换剂纯化分离碱性蛋白酸性缓冲液碱性越强，就越容易被阳离子交换剂吸附

蛋白在pH5~8稳定时，则应选择阴离子交换剂；蛋白在pH5以下稳定时，则可选择阳离子交换剂。

阴离子交换剂，以下分离中性或酸性物质。阳离子交换剂，一般pH>4条件下使用，

DEAE-纤维素吸附酶和蛋白质时常用pH为7～9，然后提高盐浓度或降低pH使之洗脱。

CM－纤维素常选在～左右吸附蛋白质，然后提高pH或盐浓度进行洗脱。

例：

用离子交换，那首先就要考虑是要阳离子还是阴离子，还有就是你的目的物的PH值蛋白质是pI=阴离子交换，用的缓冲液

首先利用缓冲液PH值把目的蛋白给结合到柱子上，然后用合适的盐离子洗脱下来。

阴离子交换柱：上样缓冲液20mMTris-HCl，用0—0.5MNaCl梯度洗脱，流速约

2ml/min。

注意：首先是蛋白的等电点是多少选择pH值，挂柱时pH尽量不要超过pI值的2个点。Nacl的浓度可以设梯度，平衡时用之后可以选择mol的浓度，一般或就可以洗脱下目的峰。然后蛋白上柱变性了是洗不下来的，只能用1molNaOH或8mol脲洗，再生柱子，还有些脂质洗不下来，需要用30%异丙醇洗柱再生。