分子分离技术

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1 前言 (1)

2 传统分离方法 (2)

3 现代分离方法 (3)

3.1 色谱方法 (3)

3.2 电泳技术及其它 (6)

4 展望 (8)

参考文献 (9)

生物大分子分离技术的发展现状

姓名：陈绍勇学号：20124016016 专业：动物学摘要: 生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸( DNA 和RNA) 以及多糖等。生物大分子分离技术是生命科学研究中的关键技术之一。当前, 各学科之间的交叉渗透为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术, 以及色谱, 电泳等现代分离技术的发展概况、原理、特点及应用进行了综述。并结合生命科学的发展现状, 展望了生物大分子分离技术的发展前景。

关键词: 生物大分子,传统分离方法,现代分离方法

1 前言

生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸( DNA和RNA) 以及多糖等。生命科学的发展给生物大分子分离技术提出了新的要求。各种生化、分子研究都要求得到纯的, 以及结构和活性完整的生物大分子样品, 这就使得其分离技术在各项研究中起着举足轻重的作用。对生物大分子分离技术的研究和开发也就应运而生。而且随着各学科之间的交叉渗透, 材料化学、自动化技术等学科的发展也为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。生物大分子的制备具有如下主要特点: 生物材料的组成极其复杂; 许多生物大分子在生物材料中的含量极微, 分离纯化的步骤繁多, 流程长; 许多生物大分子一旦离开了生物体内的环境就极易失活( 因此分离过程中如何防止其失活, 就是生物大分子提取制备最困难之处) ; 生物大分子的制备几乎都是在溶液中进行的, 温度、pH 值、离子

强度等各种参数对溶液中各种组成的综合影响, 很难准确估计和判断[1]。这些都要求生物大分子的分离技术以此为依据, 突破这些难点, 优化分离程序, 以获得符合要求的生物大分子样品。

2 传统分离方法

常用的传统生物大分子分离方法有沉淀、透析、超滤和溶剂萃取等。它们都是一些较早就建立起来的分离方法, 至今仍然被广泛应用。如在蛋白质领域, 应用盐析法使蛋白质沉淀出来已有80 多年的历史。其突出的优点是成本低, 不需要特别昂贵的设备; 操作简单、安全; 对许多生物活性物质具有稳定作用[2]。该法虽然分辨能力不高,但在粗级分离中仍然被经常采用。有机溶剂沉淀法也是较早使用的沉淀方法之一。有机溶剂对于许多蛋白质、核酸、多糖和小分子生化物质都能产生沉淀作用。其引起沉淀的主要原因在于改变介质的介电常数, 以及类似盐析的争夺水化水现象[2]。等电点沉淀法利用具有不同等电点的两性电解质, 在达到电中性时溶解度最低, 易发生沉淀, 从而实现分离的方法。氨基酸、蛋白质、酶和核酸都是两性电解质, 可以利用此法进行初步的沉淀分离, 此法主要用于在分离纯化流程中去除杂蛋白[3], 而不用于沉淀目的物。非离子型多聚物是20 世纪60 年代发展起来的一类重要的沉淀剂, 它们具有很强的亲水性和较大的溶解度, 在溶液中可通过空间位置排斥作用使生物大分子、病毒和细菌等聚集沉淀。该法温和的操作条件和较高的沉淀效能, 使得其经常被用于细菌、病毒、核酸和蛋白质的分离, 其中应用最多的多聚物是聚乙二醇[4,5]。

自Thomas Graham 1861 年发明透析方法至今已有140 多年, 透析已

成为生物化学实验中最简便最常用的分离纯化技术之一, 在生物大分子的制备过程中, 除盐、少量有机溶剂、生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术, 同时半透膜的材料也更加多样化、透析方式也更加丰富。超滤是一种加压膜分离技术, 自20 世纪20 年代问世后, 直至60 年代以来其发展迅速, 很快由实验室规模的分离手段发展成重要的工业单元操作技术[6]。超滤作为一种高效分离技术, 广泛用于含有各种小分子溶质的各种生物大分子的脱盐、浓缩和分级分离。溶剂萃取法( 是用一种溶剂将产物自另一种溶剂( 如水) 中提取出来, 以达到浓缩和提纯的目的) 是20世纪40 年代兴起的一项化工分离技术, 并很快应用到了生

物分子的提取和分离上。最初是用于抗生素、有机酸、维生素等生物小分子的提取。最近几十年来随着与其它技术的结合而产生了一系列新的分离技术, 如逆胶束萃取、超临界萃取、液膜萃取等, 可以用于生物大分子如核酸、蛋白质、多肽等的提取和精制。

3 现代分离方法

3.1 色谱方法

1903 年俄国植物学家Tswett, 在一填有碳酸钙的玻璃柱中注入用

石油醚萃取的植物色素, 在室温下展层, 得到不同的色素区带, 后来称之为色谱[7]。色谱分离又称层析。最初, 层析技术并未得到关注。20 世纪50 年代, 气液层析得到发展, 并在石油、化工、制药等领域得到应用。到60 年代, 由于开发出适用于生物物质分离纯化的层析固定相, 层析

技术才被用于生物物质的分离纯化并得到迅速发展[7]。至今, 已有丰富的色谱技术被用于生物大分子的分离。液相色谱法是分析化学中发展最快,

应用最广的分析方法, 它在许多领域成为必不可少的手段,其中高效液

相色谱( high performance liquid chromatography,HPLC) 更是以其独特的优点占据突出地位。HPLC 用于生物化学样品分析始于20 世纪70年代中期, 80 年代针对生命科学领域分离和制备而设计的生物色谱填料为HPLC 在生命科学研究领域的地位奠定了坚实的基础; 90 年代, 随着生物医药研究与开发的迅速发展, 各种类型的高通量及手性色谱柱纷纷出现[8]。HPLC 是目前最通用、最有力和最多能的层析形式, 在生物大分子的分离分析中,HPLC 分离模式主要有反相色谱（ RPC) , 空间排阻色谱(SEC) , 离子交换色谱(IEC) , 疏水作用色谱(HIC) , 亲和色谱(AC)等。反相液相色谱柱效高、分离能力强、重复性好、操作简便、保留机理清楚, 是液相色谱分离模式中使用最为广泛的一种。它与多数其它形式的层析不同之处在于固定相基本上是惰性的, 固定相与被分离物之间只可能有疏水作用。它吸引人的地方在于流动相的小小变化, 例如加入盐, 改变pH 或有机溶剂的量就能成功地影响分离特性。它在20 世纪50 年代就已用于许多有机小分子的分离和分析,80 年代后逐步应用于生物大分子如蛋白质、多肽、核酸的鉴定,并用于制备规模的分离[8]。半个世纪前, 随着交联聚苯乙烯的出现和发展, 离子交换色谱成为一种重要的分离工具。离子交换色谱的填料及含盐的缓冲流动相系统类似于蛋白质稳定存在的生理条件, 有利于保持生物分子的活性和构象。因此, 它在解决生物学中许多难于分离的问题上起到了重大作用。随着HPLC 的飞速发展, 以及各种新型离子交换材料的出现, 离子交换色谱在氨基酸、蛋白质、核酸、有机酸、糖类及药物等方面的应用越来越广。空间排阻色谱所用