酵母蔗糖酶的提取及其性质研究

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纤维素—O—CH2—COO-—Na+
载体 电荷基团 反离子
蛋白质的电荷性质
NH
+ 3
Pr
COOH
O HH+
阳离子 pH<pI
NH
+ 3
Pr COO-
兼性离子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pH=pI
O HH+
NH 2 Pr COO-
阴离子
pH>pI
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。
本实验提取啤酒酵母中的蔗糖酶。该酶以两种形式存在于酵 母细胞膜的外侧和内侧,在细胞膜外细胞壁中的称之为外蔗糖酶, 其活力占蔗糖酶活力的大部分,是含有50% 糖成分的糖蛋白。 在细胞膜内侧细胞质中的称之为内蔗糖酶,含有少量的糖。两种 酶的蛋白质部分均为双亚基,二聚体,两种形式的酶的氨基酸组 成不同,外酶每个亚基比内酶多两个氨基酸,Ser和Met,它们 的分子量也不同,外酶约为27万(或22万,与酵母的来源有关), 内酶约为13.5万。尽管这两种酶在组成上有较大的差别,但其 底物专一性和动力学性质仍十分相似,因此,本实验未区分内酶 与外酶,而且由于内酶含量很少,极难提取,本实验提取纯化的 主要是外酶。
不同样品选用的洗脱液不同。原则是用一种比吸着物质更 活泼的离子,把吸着物交换出来。由于被吸着的物质往往不是 我们所要求的单一物质,因此除了正确选择洗脱液外还采控制 流速和分布收集的方法来获得所需的单一物质。
离子交换柱层析纯化蔗糖酶
操作步骤 1.离子交换剂的处理: DEAE- Sepharose Fast Flow离子交换剂保存在20%乙醇 中,使用前去除乙醇后,用去离子水洗涤3~5次。DEAESepharose Fast Flow 层析柱柱料昂贵,用后务必回收,重复操作 时,按“1mol/L NaCl 去离子水”的顺序洗即可。如果交换 剂过度污染,再生时用0.5 mol/L NaOH浸泡30 min,用蒸馏水洗 到中性,再用1mol/L NaCl 浸泡30 min,用蒸馏水洗到中性。最 后保存在20%的酒精溶液中。
层析法的分类
流动相有两种状态:
*液体作为流动相
*气体作为流动相
固定相也有两种状态:
*固体吸附剂作为固定相
*以吸附在固体上的液体作为固定相
按两相所处的状态分类:
液相层析 液-固层析

液-液层析
气相层析 气-固层析

气-液层析
按层析过程的机理分类: 吸附层析:利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的
酵母蔗糖酶的提取及其性质研究
1、学习酶的纯化方法,酶蛋白分离提纯的原理。
2、学习掌握细胞破壁、有机溶剂分级和离子交换柱层 析技术。
本实验可以为大家提供一个较全面的实践机会,学 习如何提取纯化、分析鉴定一种酶,并对这种酶的性 质,尤其是动力学性质作初步的研究。
实验原理
自1860年Bertholet从啤酒酵母(Sacchacomyces Cerevisiae)中发现了蔗糖酶以来,它已被广泛地进行了研究。 蔗糖酶(invertase)(β-D-呋喃果糖苷果糖水解酶) (EC.3.2.1.26)特异地催化非还原糖中的β-呋喃果糖苷键水解, 具有相对专一性。不仅能催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,也能催 化棉子糖水解,生成蜜二糖和果糖。
阴离子交换剂分离蛋白质的过程
Cl-ClC- l- ClCl-
ClC- lC- lClC- l-ClC- l-Cl-
+
Cl-
Cl-
Cl-
ClCl-
ClCl-
平衡
吸附 去吸附 分离结束 再生




利用不同盐浓度将不同蛋白质洗脱下來
离子交换剂使用前一般要进行处理。干粉状的离子交换剂首先 要进行膨化,将干粉在水中充分溶胀,以使离子交换剂颗粒的孔隙 增大,具有交换活性的电荷基团充分暴露出来。而后用水悬浮去除 杂质和细小颗粒。再用酸碱分别浸泡,每一种试剂处理后要用水洗 至中性,再用另一种试剂处理,最后再用水洗至中性,这是为了进 一步去除杂质,并使离子交换剂带上需要的平衡离子。市售的离子 交换剂中通常阳离子交换剂为Na型(即平衡离子是Na离子),阴 离子交换剂为Cl型,因为通常这样比较稳定。处理时一般阳离子交 换剂最后用碱处理,阴离子交换剂最后用酸处理。常用的酸是HCl, 碱是NaOH或再加一定的NaCl,这样处理后阳离子交换剂为Na 型,阴离子交换剂为Cl型。使用的酸碱浓度一般小于0.5 mol / L,浸泡时间一般30 min。处理时应注意酸碱浓度不宜过高、处 理时间不宜过长、温度不宜过高,以免离子交换剂被破坏。另外要 注意的是离子交换剂使用前要排除气泡,否则会影响分离效果。
薄层层析:将适当粒度的吸附剂铺成薄层,以 纸层析类似的方法进行物质的分离和鉴定。
Column Chromatography
离子交换层析
利用不同的蛋白质分子在溶液中所帶电荷 不同,因而与离子交换树脂有不同的吸附力 而分离
改变溶液的pH值和盐离子浓度,结合力最小 的蛋白质先洗脱下来。
离子交换层析(sephorase DEAE fast flow)
离子交换层析技术是以离子交换纤维素或以离子交换葡聚 糖凝胶为固定相,以蛋白质等样品为移动相,分离和提纯蛋白 质、核酸、酶、激素和多糖等的一项技术。
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)。在纤维素上结合了 DEAE,含有带正电荷的阳离子纤维素—O—C6H14NH+,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。
(1)预先将恒温水浴调到50℃,将盛有粗级分I的离心管稳妥 地放入水浴中,50℃下保温30分钟,在保温过程中不断轻摇离 心管。
(2)取出离心管,于冰浴中迅速冷却,用4℃,8000rpm, 离心10min。
(3)将上清液转入量筒,量出体积,留出0.5ml测定酶活力 及蛋白质含量(称为“热级分II”)。
3. 乙醇沉淀 将热级分II转入小烧杯中,放入冰浴(没有水的碎冰撒入
少量食盐),逐滴加入等体积预冷至-20℃的95%乙醇,同时 轻轻搅拌,共需30分钟,再在冰浴中放置10分钟,以沉淀完全。 于4℃,10000rpm,离心10min,量出体积,留出0.5ml (下次实验测定酶活力)后倾去上清,沉淀用2ml 0.02M pH7.3的Tris-HCl缓冲液充分溶解,保存于离心管中,盖上盖 子,然后将其放入冰箱中冷冻保存(称为“醇级分Ⅲ”)。
两种酶的性质对照表如下:
名称 MW 糖含量 亚基 为蔗糖的Km 为棉子糖的Km pI 最适pH 稳定pH 最适温度
外酶 27万 50% 双 26mM
150 mM 5.0 4.9 3.0-7.5 60℃
内酶13.5万 <3% 双 25mM
150 mM 5.0 4.5 6.0-9.0 60℃
实验中,用测定生成还原糖(葡萄糖和果糖)的量来测定蔗 糖水解的速度,在给定的实验条件下,每分钟水解底物的量 定为蔗糖酶的活力单位。比活力为每毫克蛋白质的活力单位 数。
层析
层析法的基本原理
利用混合物中各组分物理化学性质的差异(如吸附 力、分子形状及大小、分子亲和力、分配系数等), 使各组分在流动相和固定相中的分布程度不同,并 以不同的速度移动而达到分离的目的。
mobile phase:携带样品流过整个系统的流体 stationary phase:静止不动的一相
差异。 分配层析:利用不同组分在流动相和固定相之间的
分配系数的不同。 离子交换层析:利用不同组分对离子交换剂亲和力
的不同。 凝胶层析:利用某些凝胶对于不同分子大小的组分
阻滞作用的不同。
吸附层析
按操作形式不同分类:
柱层析:将固定相装于柱内,使样品沿一个方 向移动而达到分离。
纸层析:用滤纸做液体的载体,点样后,用流 动相展开,以达到分离鉴定的目的。
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-),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。
离子交换剂:
离子交换剂由载体、电荷基团和反离子构成。
如羧甲基纤维素离子交换剂组成
操作步骤
(1)准备一个冰浴,将研钵稳妥放入冰浴中。 (2)称取2g干啤酒酵母,称10mg蜗牛酶及少量二氧化硅, 放入研钵中。二氧化硅要预先研细。 (3)量取预冷的去离子水6ml(分两次)缓慢加入酵母中, 边加边研磨成糊状,约需60分钟。研磨时用显微镜检查研磨的 效果,至酵母细胞大部分研碎。 (4)缓慢加入预冷的10ml去离子水,每次加2ml左右,边 加边研磨,至少用10分钟。 (5)将混合物转入1个离心管中,平衡后,用高速冷冻离心机 离心,4℃,8000rpm,10min。如果中间白色的脂肪层厚,说
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。
本实验共有三个分实验:
一、蔗糖酶的提取与部分纯化 二、离子交换柱层析纯化蔗糖酶 三、蔗糖酶各级分活性及蛋白质含量的测定
(一)蔗糖酶的提取与部分纯化
细胞破壁的几种方法
1、高速组织捣碎:将材料配成稀糊状液,放置于筒内约1/3体积,盖紧筒 盖,将调速器先拨至最慢处,开动开关后,逐步加速至所需速度。 2、玻璃匀浆器匀浆:先将剪碎的组织置于管中,再套入研杆来回研磨,上 下移动,即可将细胞研碎,此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高,适用 于量少和动物脏器组织。 3、反复冻融法:将细胞在-20度以下冰冻,室温融解,反复几次,由于细 胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀,使细胞结构破碎。 4、超声波处理法:用一定功率的超声波处理细胞悬液,使细胞急剧震荡破 裂,此法多适用于微生物材料。 5、化学处理法:有些动物细胞,例如肿瘤细胞可采用十二烷基磺酸钠 (SDS)、去氧胆酸钠等细胞膜破坏,细菌细胞壁较厚,可采用溶菌酶处 理效果更好。 6、有机溶剂沉淀法:即向水溶液中加入一定量的亲水性的有机溶剂可降低 溶质的溶解度使其沉淀被析出。
明研磨效果良好。
(6)用滴管小心地取出上清,转入另一个清洁的离心管中, 4℃,8000rpm,离心10min。
(7)将上清液转入量筒,量出体积,留出0.5ml测定酶活力 及蛋白含量。剩余部分转入清洁离心管中。
(8)用广泛pH试纸检查清液pH,用1M乙酸将pH调至5.0, 称为“粗级分I”。
2. 热处理
2.装柱与平衡:
先将层析柱垂直装好,在烧杯内用0.02 mol/L pH 7.3 Tris-HCl 缓冲液洗琼脂糖凝胶几次,装柱,然后用 此缓冲液洗柱至流出液的电导率与缓冲液相同或接近 时即可上样。(一般洗2-3个柱体积)
3.上样与洗脱: 上样前先准备好梯度洗脱液,本实验采用30ml 0.02M
层析柱的制备与层析操作 柱层析的设备:
层析柱、蠕动泵(恒流泵)、紫外检测 仪、部分收集器、梯度洗脱器。
层析设备
层析装置: 梯度混和器 蠕动泵 层析柱 监测仪 记录仪 收集器
低 温 层 析 柜
柱上操作
⑴交换剂装柱最简单的交换层析柱可用碱式滴定管代替。处理 过的树脂放入烧杯,加少量水边搅拌边倒入保持垂直的层析管 中,使树脂缓慢沉降。交换剂在柱内必须分布均匀。 ⑵上样向层析柱内倾入样品液 ⑶洗涤杂蛋白 (4)洗脱与收集
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