生化工程测试题二（doc X页） .doc

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1、生化工程（生物化学技术原理与应用）测试题二一、名词解释1.排阻极限：不能进入到凝胶网络内部的最小分子的相对分子量。（渗入极限：能够完全进入到凝胶网络内部的最大分子的相对分子量。）2.阴离子交换剂：功能基团带正电荷，与阴离子交换。（书：阳离子交换剂的电荷基团带负电，反离子带正电。因此这种交换剂可以与溶液中的正电荷化合物或阳离子进行交换反应。阴离子交换剂是在树脂中分别引入季胺N（CH3）3、叔胺N（CH3）2、仲胺NHCH3和伯胺NH2）基团后构成的。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。）3.交换容量：是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。

2、通常以每毫克或每毫升交换剂含有可解离基团的毫克当量数（meq/mg或meq/ml）表示。（书：是指离子交换剂与溶液中离子或离子化合物进行交换的能力。一般用总交换容量和有效交换容量表示。）4.层析技术：主体介质由互不相溶的流动相和固定相组成，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），使各组分在两相中的分布程度不同，从而使各组分以不同的速度移动而达到分离的目的。（层析是以基质为固定相（呈柱状或薄层状），以液体或气体为流动相，使有效成分和杂质在这两个相中连续不断、反复多次地进行分配或交换、吸附作用，最终达到分离混合物之目的。）5.矫正保留时间：（书P4

3、16）【死时间（tr0）：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。据t0可求出流动相平均流速。（书：死时间是指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷，从进样口经过柱体出现浓度极大值所需的时间，即空气通过色谱柱所需要的时间。）保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。（书：保留时间是指样品组分从进样口经过柱体出现浓度极大值所需的时间，即样品组分通过色谱柱时在气相和液相中进行分配所需时间的总和。）（卷子：指样品从柱口经过色谱柱出现浓度极大值

4、时所需的时间，包括死时间与样品在两相中分配时间的总和。）调整保留时间tr：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即 tr= tr tr 0由于保留时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间与流速有关，因此有时需用保留体积来表示保留值。（书：校正保留时间（tr）：是指保留时间扣除死时间，即样品组分在液相中保留的总时间。写成公式为：tr= tr tr 0。）】6.键合型固定相：（书：P147）将有机物质中的某些基团通过化学方法，以共价键方式制成成固定相。（用键合型固定相构成的色谱称为键合色谱。）二、填空题1.离子交换剂由 载体 ， 电荷基团 和 平衡离子（反离子） 三

5、部分组成。2.根据支持物的不同，层析技术可分为柱层析， 纸层析 和 薄层层析 。3.柱层析的主要构成部件包括色谱柱（层析柱），蠕动泵， 检测器 ， 记录仪 以及 收集器 。4.层析技术主要由固定相， 流动相 和 支持物 三部分构成。5.氨基酸的纸层析从原理上讲属于 分配层析 。（？）6.电泳技术是根据各种带电粒子在电场中 迁移率 的不同而对物质进行分离的一类实验技术。不连续的聚丙烯酰胺凝胶电泳具有三种分离效应，分别为 浓缩效应 ， 电荷效应 和 分子筛效应 。三、判断题（）1.强酸强碱型的离子交换剂交换容量是测定其中和酸碱的能力。（）2.将少量离子交换剂与稀Nacl浸泡后溶液呈现酸性，表明该离

6、子交换剂为阳离子交换树脂。（）3.离子交换剂筛孔越大越有利于蛋白的吸附。（）4.阳离子交换剂意味着与载体共价结合的电荷基团带有正电荷。（）5.为了提高交换容量，一般应选择结合力较小的反离子，但在分离蛋白时，一般不选择H型和OH根型，多选择Na型和Cl型。（ ）6.氨基酸的四、问答题1.设计利用离子交换剂分离一种含有等电点分别为4.0，6.0，7.5和9.0的蛋白质混合溶液的方案，并简述理由。（书：P91）（7.0、8.0、9.5 pH梯度洗脱。）答：提示：此题可以有多种设计方案，但必需包含以下内容：离子交换剂的选择：必需选择亲水性粒子交换载体（2分）理论上既可以选择阳离子交换基团也可以选择阴离

7、子交换基团，但所选择的交换基团必需和上样缓冲液以及洗脱过程相一致（3分）要明确操作步骤，包括装柱、上样、平衡、洗脱、收集、柱再生。（5分）洗脱方法切实可行，尽量选择盐洗脱，pH梯度洗脱有局限。选用纤维素离子交换剂。因为蛋白质不能扩散到树脂的链状结构中，而纤维素离子交换剂交换容量大。选用pH=5.0的磷酸缓冲液和强酸型阳离子交换剂如SE-纤维素。装柱用NaCl处理，0.1mol/L起始缓冲液平衡，上样，吸附目标蛋白，0.15mol/L缓冲液洗脱，之后再选用pH=7.0、8.0的缓冲液梯度洗脱，pI=4.0的蛋白质在pH=5.0的缓冲液中带负电，不能被吸附，直接分离。随后pI=6.0的蛋白质被洗脱

8、出来，再用pH=8.0缓冲液洗出pI=7.5的，最后选用pH=9.5的缓冲液洗脱pI=9.0的蛋白质，即分离完成。2.现有肌苷样品溶液100ml，浓度为2mol/L，若每g干树脂（膨胀度为1.5）总交换容量为3.5mmol，而实际交换容量是总交换容量的5%，问使用多长的层析柱（直径：长度=1：10）为宜？（60.22cm）（书：P90）肌苷物质的量n=cv=2mol/L0.1L=0.2mol实际交换容量为3.5mmol量/g5%=0.175mmol量/g=0.175mol量/kg所以0.2mol量肌苷全部交换，需干树脂的量为0.20.175=1.14kg干树脂由于膨胀度为1.5，所以柱体积应为

9、1.141.510000=R2L，且D：L=2R：L=1：10,所以长度L=60.22cm3.简述柱层析的一般操作步骤。（1）样品的选择与预处理。（2）装柱。将层析柱垂直固定，一般是先在柱内装入约1/3高度的水或缓冲液排走空气。要求柱子装的均匀，不分层，无气泡。（3）平衡。用3-5倍柱床体积的起始缓冲液走柱，使介质充分平衡，柱床稳定。（4）上样（加样）。打开层析柱下端出口，使缓冲液流出至刚好达到柱面。沿柱壁缓慢加入样品，打开下端出口，使样品溶液流出至刚好达到柱面，再取少量起始缓冲液洗涤柱壁。加样时应尽量减少柱面的搅动。（5）洗脱与收集。打开起始缓冲液阀门，连续洗脱。用自动部分收集器自动或手动收

10、集，合并同一高峰各管。流速不宜过快且要稳定，洗脱液的成分也不应改变（凝胶溶胀程度），整个洗脱过程中始终保持一定的操作压，可以用水或缓冲液作洗脱液。（6）再生与保存。用原始平衡液进行充分洗涤，即可重复使用。4.在凝胶过滤分离某有效成分时，洗脱体积为140mL，其外水体积为60mL，总液体体积为200mL，计算该有效成分的分配系数。Kd=（140-60）/（200-60）=0.57分配系数Kd：5.简述离子交换，凝胶过滤，吸附层析以及分配层析分离大分子的基本原理【答：层析技术是利用混合物中各组分物理化学性质的差异，使各组分在固定相与流动相两相中的分布程度不同，从而使各组分以不同的速度移动而达到分离

11、的技术（3分）。四种基本的层析技术包括分配层析、吸附层析、离子交换层析和排阻层析，其基本原理如下：分配层析（1分），以互补相溶而极性相异的为固定相和流动相（1分），其原理是通过各组分溶解度的不同进行分离（1分）；吸附层析（1分），以吸附剂为固定相（1分）通过疏水力和静电引力来分离组份（1分）；离子交换层析（1分），以离子交换剂为固定相（1分），通过离子键结合力来分离各组份（1分）；排阻层析（1分），以分子筛为固定相（1分），通过排阻效应来分离各组份（1分）。】（1）离子交换：离子交换层析：是用离子交换剂（具有离子交换性能的物质）作固定相，利用它与流动相中的带电粒子进行可逆的交换性质来分带电粒子

12、型混合物的层析方法，溶液中的带电粒子因于固定相之间结合力差异而得到分离。平衡阶段：离子交换剂与反离子结合；吸附阶段：样品与反离子进行交换；、解吸附阶段：用梯度缓冲溶液洗脱，先洗下弱吸附物质，后洗下强吸附物质（），然后洗下强吸附物质（）；再生阶段：用原始平衡液进行充分洗涤，既可重复使用。（2）凝胶过滤：利用具有网状结构的凝胶的分子筛作用，根据被分离物质的分子大小不同来进行分离，也被称为体积排阻层析、分子筛层析、凝胶渗透层析。凝胶是一类多孔性高分子聚合物，每个颗粒犹如一个筛子。当样品溶液通过凝胶柱时，相对分子质量较大的物质由于直径大于凝胶网孔而只能沿着凝胶颗粒间的孔隙，随着溶剂流动，因此流程较短，

13、向前移动速度快而首先流出层析柱；反之，相对分子质量较小的物质由于直径小于凝胶网孔，可自由地进出凝胶颗粒的网孔，在向下移动过程中，它们从凝胶内扩散到胶粒孔隙后再进入另一凝胶颗粒，如此不断地进入与逸出，使流量增长，移动速率慢而最后流出层析柱。而中等大小的分子，它们即能在凝胶颗粒外分布，也能部分进入颗粒，从而在大分子物质与小分子物质之间被洗脱。这样，经过层析柱，混合物中的各物质按其分子大小不同而被分离。（书：凝胶过滤层析所用的载体是具有立体网状结构、筛孔直径较一致，且呈珠状颗粒的物质。这种物质可以全部或者部分排阻某些大分子化合物于筛孔之外，而不能排阻某些小分子化合物，但可让其在筛孔中自由地扩散、渗透

14、。任何一种被分离的化合物在凝胶层析柱被排阻的范围均在0100%，其被排阻的程度可以用分配系数Kav（分离化合物在内水和外水体积中的比例关系）表示。Kav值的大小依赖于凝胶床的总体积（Vt）、外水体积（Vo），以及分离物本身的洗脱体积（Ve），即Kav=（Ve - Vo）/（Vt - Vo）。）（3）吸附层析：利用固定相吸附剂对混合物中各组份吸附能力的差异而使混合物中各组份得以分离的色谱方法。固定相吸附剂：吸附剂：多孔颗粒，具有较大表面积；表面有许多吸附中心；吸附力：范德华力，静电吸引力。吸附特点：无选择性，但结构相似则更容易吸附，因而极性物质容易吸附在极性吸附剂上，反之亦然，但同时要考虑解吸附

15、的因素。吸附能力决定洗脱顺序：吸附剂对被分离物质吸附力越强，被分离成分吸附得越牢固，在色谱中的移动速度则越慢，洗脱体积越大，反之亦然。（书：在吸附层析法中，使用的固定相基质是颗粒状的吸附剂。在吸附剂的表面存在着许多随机分布的吸附位点，这些位点通过范德华力（中性分子彼此距离非常近时，产生的一种微弱电磁引力）和静电引力与蛋白质和核酸等生物分子结合，其结合力的大小与各种生物分子的结构和吸附剂的性质有密切关系。因此，混合物在层析柱中的分离过程，实质上是吸附、解吸附、再吸附的连续过程，或者是在固定相与流动相之间连续分配的过程。）（4）分配层析：互不相邻两相中分配系数的不同。分配层析法的原理：被分离组分在

16、固定相与流动相之间的分配性质（溶解能力）不同而实现分离。分配层析的构成要素：固定相：极性或非极性溶剂，固定相=支持物+液膜。流动相：极性或非极性溶剂。洗脱速度与固定相和流动相的关系：在固定相中分配系数大，洗脱慢。在固定相中分配系数小，洗脱快。正相层析与反相层析：正相层析：固定相极性大于流动相极性的层析方法。固定相常采用硅胶为支持剂，水等为液膜，流动相为小极性或中等极性有机溶剂。反相层析：固定相极性小于流动相极性的层析方法。固定相为非极性，流动相多为水、乙腈、甲醇等强极性溶剂。6.举例说明凝胶过滤层析的应用及其机理（三个即可）。（书：P107）凝胶过滤层析的应用：组分离；分级分离；测定蛋白质分子

17、量；测定蛋白质均一性。应用：凝胶层析法适用于分离和提纯蛋白质、酶、多肽、激素、多糖、核酸类等物质。分子大小彼此相差25%的样品，只要通过单一凝胶床就可以完全将它们分开。利用凝胶的分子筛特性，可对这些物质的溶液进行脱盐、去热源和脱色。（书：脱盐和浓缩：根据盐类小分子物质可以进入凝胶筛孔中，而大分子物质则被排阻在其外的原理，可应用凝胶层析法除去蛋白质等溶液中的盐类，从而使其能与盐类分开。此外，利用凝胶的吸水性能，对生命大分子溶液进行浓缩也是很有效的。一般用于这些操作的材料是细颗粒葡聚糖凝胶G-25。分离生命物质：对于某些理化性质相似（如溶解度、带电性）而分子质量不同，或者是聚合体不等的混合溶液，采

18、用凝胶过滤法就很容易分离。例如，用葡聚糖凝胶G-150能方便地将人和牛的血清蛋白中的单体和二聚体分开。去除热源物质：去除热源物质常常是各种注射剂制备过程中的一个难题。所谓热源物质可能是糖蛋白一类大分子物质。一般在制备水解蛋白、核苷酸和酶注射液时，采用凝胶过滤法去除热源物质效果较好。例如，采用葡聚糖凝胶G-25（80120目）凝胶层析柱（6cm85cm）去除氨基酸粗制品中的热源物质时，每次加入氨基酸粗制品（20%）350ml，用无热源物质的蒸馏水洗脱，流速为4ml/min，所有蛋白质的Kav值等于零，故能被完全排除。而氨基酸的Kav值急死1，若试液量为柱体积的20%30%时，能完全分离开。测定分

19、子质量：。将已知分子质量的标准物质，在同一凝胶柱以相同条件进行层析。由于加入凝胶柱的物质分子质量不同，故洗脱体积也不一样。根据洗脱体积求出Kav值，而Kav值与蛋白质分子质量之间又存在线性关系（即Kav=blgM+c），因此，可以绘出一条标准曲线。尔后，在同样条件下，由未知分子质量物质的洗脱体积可求出其Kav值，以此值在标准曲线上就能求出其分子质量。如葡聚糖凝胶薄板测定蛋白质分子质量。）7.简要说明高效液相层析与气象色谱的异同点。液相色谱（LC）：以固体作为流动相的色谱技术。【高效液相色谱（HPLC）】气相色谱（GC）：以气体作为流动相的色谱技术。高效液相色谱：是60年代末以经典液相色谱法为基

20、础，引入了气相色谱的理论与实验方法，流动相用高压泵输送，采用高效固定相和在线检测等手段发展而成的分离分析方法。HPLCGC适用于高沸点、大分子、强极性和热稳定性差的化合物的分析（80%）适用于沸点较低、热稳定性好的中小分子化合物的分析（20）流动相具有运载样品分子和选择性分离的双重作用流动相只起运载样品分子的能力常温下进行，不需要高柱温样品需气化，分离过程恒温8.请按照下图列出的数据计算A物质的含量。（第七章）内标法需要内标物。目标组分和内标物被检测到，就可定量。可减小进样量的误差对结果的影响。定量结果最为准确内标物必须准确添加入所有未知样品中。思考题（书P90）1.离子交换剂由哪几部分组成？

21、何为阳离子和阴离子交换剂？离子交换剂：载体+电荷基团+平衡离子（反离子）阳离子交换剂：功能基团带负电荷，与阳离子交换。阴离子交换剂：功能基团带正电荷，与阴离子交换。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（书：阳离子交换剂的电荷基团带负电，反离子带正电。因此这种交换剂可以与溶液中的正电荷化合物或阳离子进行交换反应。阴离子交换剂是在树脂中分别引入季胺N（CH3）3、叔胺N（CH3）2、仲胺NHCH3和伯胺NH2）基团后构成的。）6.见测试题二问答题第2题。7.影响离子交换剂膨胀度的因子有哪些？其中哪个为关键因子？为什么？膨胀度/吸水量：每g干胶在水或其他规定的溶剂中，在一定时间与温度

22、条件下膨胀后所占有的体积毫升数/吸收水的量。影响因素：载体、交联度、电荷基团的性质、溶液的离子强度和pH值。（1）载体：不论哪一类离子交换剂，其膨胀度变化都是随着交联度的增加而降低的。（2）电荷基团：离子交换剂之电荷基团的电荷强弱，对其膨胀度影响是极为明显的。当离子交换剂中电荷基团的性质或电荷量一致时，不论带正电荷，还是带负电荷，其膨胀度是基本相同的。（3）溶液的离子强度和pH：当离子交换剂带有同种电荷或解离度最大时，各电荷基团之间的排斥力最大，其膨胀度亦最大。因此，交联度小的离子交换剂处于低离子强度溶液时，其膨胀度比处于高离子强度时大。但是，交联度大的离子交换剂的膨胀度几乎与离子强度的变化无关。此外，弱离子交换剂在接近其pK之pH溶液中膨胀度最小。弱阳离子、交联度小的交换剂的膨胀度是随着pH的提高而增大，而弱阴离子、交联度小的交换剂的膨胀度却是随着pH的降低而增大的。但是，带强电荷基团的或交联度大的离子交换剂，其膨胀度基本与pH变化无关，几乎维持一个定值，但前者的膨胀度远比后者的小。9.见测试题二问答题第1题。