酶工程酶制剂制备.ppt

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1、CH 4 酶制剂的制备和精制,尽管发酵微生物的种类不同，有的是以胞内酶为主，有的以胞外酶为主，无论哪一种，最终得把它们提取出来，并使其达到一定的纯度，这就是酶制剂的制备和精制的任务。目前我国生产的工业酶制剂，普遍纯度较低，就丹麦NOVO公司生产的酶制剂的纯度远远高于我国的产品。如果胶酶（Pectinases),NOVO公司生产的酶制剂的比酶活力较我国最好的产品高510倍，尽管酶制剂的价格较高，但其在生产上应用成本还低于我国的产品。,（细胞破碎）发酵液预处理 酶液脱色 酶蛋白的初步纯化与浓缩（酶蛋白的提纯与精制）酶制剂的成形。,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法,注意事项,基本原则：防止生物分子

2、变性、降解 1控制适当的pH 2控制低温 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,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法1 细胞破碎方法,对于胞内酶的提取与制备，首先要把细胞破碎，使局限在细胞内的酶蛋白游离出来，常用的破碎方法有以下几种：1.1 机械破碎法：1.2 物理破碎法：1.3 化学方法：,机械捣碎法：10000转/分。研磨法：只适合于实验室的小规模操作。匀浆法：细胞的破碎程度较高，规模小。,温差破碎法：超声波（20kHz）裂解法：15-25kHz，100-150W，0-10，3-10min；,目前有效的化学方法主要是加入表面活性剂法常用的有：特里顿X-100和吐

3、温（Tween），其主要是破坏细胞膜的结构，增加膜通透性。此法在实验室和生产上已成功应用,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法2 发酵液的预处理,2.1 发酵液絮凝发酵液首先要进行过滤除菌，在发酵液中，由菌体自溶产生的细胞碎片、核酸、杂蛋白等大分子物质，使得发酵液很难过滤；在过滤前必须进行絮凝处理。发酵液的预处理的常用方法主要是在发酵液中加入絮凝剂，常用的絮凝剂有：聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）磺化聚苯乙烯（Polystyrene Sulfonate）；,絮凝剂加入，主要有以下三方面的作用：改变发酵液中悬浮粒子的物理特性，如加大粒子的大小，提高粒子的硬度等；使一些可溶性的胶体物质变成

4、不溶性的沉淀粒子；降低发酵液的黏度。,2.2酶液的脱色 这一步骤可根据酶制剂的要求而定，一般工业酶制剂允许含有来源中的色素，所以就不脱色；对于医用酶制剂、分析用酶等必须进行脱色处理；目前大部分工业酶制剂都要进行脱色处理过程。常用的脱色剂有活性炭和离子交换树脂。活性炭吸附法，操作效率较高，脱色较彻底，但在脱色的同时，也有部分酶蛋白被吸附掉了；离子交换树脂基本上在脱色的同时，不吸附酶蛋白。,我国生产了一种脱色专用树脂：通用号脱色树脂。在弱酸性条件下，其吸附色素，而在碱性条件下便释放色素。树脂的再生方便，再生的条件是：先用的NaOH洗脱色素，待色素洗脱干净后，用蒸馏水洗到中性，再用5%的HCl（二倍

5、树脂床体积）中和树脂，再用蒸馏水洗到为止。,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法3 酶蛋白的初步纯化与浓缩,3.1 盐析法1 盐析的基本原理：蛋白质在水中的溶解度与其所带净电荷的多少呈正相关，即蛋白质的极性越强，其溶解度越大，溶液中的离子与蛋白质分子争夺水分，从而减弱蛋白质的水合程度，降低其溶解度；另一方面，液相中离子的电荷部分地中和蛋白质分子上的电荷，使其净电荷降低或净电荷消失，促使蛋白质析出；此外，溶液中的盐离子引起水分子的极化和定向排列降低水分活度；以上三方面的作用，使可溶性蛋白在水溶液中析出。,在盐溶液里，蛋白质的溶解度的对数值与溶液里的离子强度成线性关系，人们总结了以下经验公式：log

6、S=-Ks.S:Protein的溶解度g/l；为溶液离子强度为零时的logS，值受蛋白质性质、盐离子的种类、溶液的温度和pH值的影响；Ks为盐析常数，因蛋白质而性质和盐离子的种类不同而不同；为溶液的离子强度。,2 盐析的基本方法：蛋白质的盐析方法主要有以下两种：Ks盐析法：即蛋白质溶液的pH值和温度固定不变，改变溶液的盐浓度（离子强度），以达到沉淀蛋白的作用；此法常用的盐是硫酸铵。盐析法：是在一定的离子强度下，改变溶液的pH值和温度，以达到蛋白沉淀的目的。在实际工作中，常用的是Ks盐析法，利用不同饱和度的(NH4)2SO4浓度，这样不同的蛋白质析出沉淀的(NH4)2SO4 浓度不同；通过这种方

7、法可将部分杂蛋白分离出去，达到浓缩酶蛋白的目的。,4 具体操作方法：饱和溶液法:干粉加入法:5 影响盐析的因素：温度：pH：6 盐析后的脱盐处理 透析法：凝胶过滤法：,调整硫酸铵溶液饱和度计算表,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法3 酶蛋白的初步纯化与浓缩,3.2 有机溶剂沉淀法 除用盐析法沉淀酶蛋白外，还可以用有机溶剂沉淀酶蛋白，目前选用的有机溶剂主要有丙酮和乙醇，并且丙酮的沉淀效果比乙醇好，但丙酮的价格高，蒸馏回收困难，所以目前多采用乙醇作沉淀剂。沉淀酶蛋白所需乙醇浓度受很多因素影响，溶液的离子强度、温度、pH值等都影响蛋白质的析出，低浓度的盐离子有促进蛋白质溶解的作用，即所谓的盐溶效应；

8、所以当溶液中有低浓度盐离子时，乙醇的浓度要增加；温度升高蛋白质的溶解度增加，沉淀酶蛋白需要的乙醇浓度增加；pH值的影响因不同的蛋白质而不同，一般情况下，当溶液的pH值与酶蛋白的等电点一致时，需要的乙醇浓度最低，偏离酶蛋白的等电点越远，酶蛋白所带电荷越多，蛋白质的溶解度越大，沉淀蛋白所需乙醇浓度越高。,一般作为沉淀剂的乙醇浓度是95%，沉淀不同的酶蛋白需要乙醇量稍有差异。如沉淀枯草杆菌的淀粉酶发酵液时，要求乙醇浓度为：每体积的发酵液加0.20.8体积的乙醇；当沉淀蛋白酶时，加0.81.1体积的乙醇沉淀出的主要是中性蛋白酶，加1.11.4体积的乙醇时，沉淀出的主要是碱性蛋白酶。对于每一种酶蛋白的沉

9、淀要求乙醇的适宜浓度需要实验确定。,几种主要沉淀方法比较,CH 4.1 酶制剂的工业提取方法3 酶蛋白的初步纯化与浓缩,3.3 喷雾干燥法 此法是利用喷雾干燥技术，直接将液态酶浓缩成固体酶制剂，此法的生产效率较高，工艺过程简单，但此法在生产应用上有一定的局限性，在喷雾干燥时，需要一定的温度，在喷雾塔里面进如一定温度的热空气，对于那些对热不稳定的酶蛋白不宜使用，现用在生产的主要是生产-淀粉酶。,3.4 膜分离技术 除上述经典的浓缩方法外，目前膜技术的发展已应用到酶蛋白的浓缩和分离上来了，膜分离技术是以一定孔径的高分子膜作为过滤介质，将不同大小、不同性状、物质颗粒或大分子进行分离的技术。膜分离技术

10、所使用的膜主要是由丙烯腈、醋酸纤维素、硝酸纤维素、赛璐玢、尼龙等高分子聚合物制成的高分子膜。在膜分离过程中，膜的作用是有选择性地小于其孔径的颗粒通过，将大的颗粒截留，根据欲分离的物质颗粒的大小，选择不同孔径的膜。,根据物质颗粒通过膜的原理及和推动力的不同，膜分离技术可分为以下三种：加压膜分离 加压膜分离是以膜两侧的流体静压差为动力，推动小于膜孔径的颗粒通过膜孔，大于孔径的颗粒被截留。根据膜孔径大小范围又分为超滤、微滤和反渗透三种。超滤：即超过滤，本技术过滤截留的颗粒直径在202000A（0.2m)相当于分子量10005105Da,并且有多种规格供选用。此法主要用于酶蛋白的浓缩和部分纯化分离，此

11、外，在生化药业也常被采用。此技术采用的滤膜是由丙烯腈、醋酸纤维素、硝酸纤维素、尼龙等高分子聚合物制成的高分子膜，膜由两层构成，分表层和基层，表层是滤膜的有效层，其厚度为0.15mm，孔径大小有多种规格，现有202000A的系列产品销售；基层为支持层，主要负责膜的强度，其厚度为200250m具有坚韧的强度。影响超滤的因素：膜的过滤效果用膜的流率来表示，即每平方厘米膜每分钟滤过的流体量，以ml./cm2.min表示，影响流率的主要因素有膜孔径的大小、颗粒性状、溶液的黏度、流体静压。根据上述影响因素，可在一定范围内增加流体静压（一般控制在50700kPa)、适当提高溶液温度、增加溶液的搅拌述度都可在

12、一定程度上提高膜的流率。超滤技术在目前无论是实验室研究还是酶制剂的工业化生产应用都非常广泛，其操作简单，工作效率高，但对于那些有小分子辅酶的酶制剂不宜采用此技术。微滤：又称微孔过滤，其孔径较超滤膜的孔径大，一般在0.22.0m范围，主要用于过滤去除细菌及其它显微镜下可见的颗粒物质，此法在酶蛋白的浓缩和分离方面不用，主要勇于矿泉水、无菌水、软饮料生产方面除菌和除去不溶性颗粒物质。反渗透：反渗透膜的孔径最小，一般在20A，截留分子量为1000D主要用于分离各种离子和小分子物质，此技术主要用于生产纯水，海水的淡化等。电场膜分离：将膜分离装置置于电场下，被分离的物质在电场的作用下，借助电场力作为推动力

13、，以达到分离的目的。利用电场膜分离的物质，必须具备一个基本条件，那就是其必须是带电粒子，如果其不带电荷，或其静电荷为零，这样的粒子就不适宜用此法分离。常用的有以下两种方法：电渗析：在一个电渗槽内，用两块半通透膜隔成三个室，中间室装待分离液，两侧室装水或缓冲液，并装有电极，接通电源后，带正电荷的粒子向负极渗透，而带负电荷的粒子向正极渗透，从而达到分离的目的。此法多用于酶液的脱盐，去除杂质等。离子交换膜电渗析：其装置与电荷风析一致，只是所用的膜较为特殊，两块膜上带有带电基团，且电性相反，使得带相同电荷的粒子不能靠近膜，不致于影响膜的通透性。其应用范围与电渗析一致，当溶液的浓度较高时，此法工作效率更

14、高。扩散膜分离：扩散膜分离主要是指透析方法，将酶溶液装在由扩散膜制成的透析袋中，再将透析袋置于扩散介质（缓冲液）中，溶液中的小分子就通过膜扩散出来，大分子被截留在袋内。此法主要用于没蛋白的脱盐；另外此法还可用于酶蛋白的浓缩，当浓缩酶蛋白时，是用高浓度的吸水性较强的扩散介质，常用的有甘油、聚乙二醇（粉剂）等。,CH4-2酶蛋白的提纯与精制,一般情况下，工业上用的大多是经过初步提纯和浓缩即可制备成酶制剂；对于多数医用酶制剂或分析用酶制剂或生化试剂等，则需要进行高度提纯和精制；另外对于开发出的新的酶制剂，在投入规模化生产前，为研究其各种酶蛋白特性和酶学特性，也需要将酶进一步提纯和精制。酶蛋白提纯的经

15、典程序包括：离子交换层析分子筛过滤层析电泳检测纯度（必要时可进行制备电泳分离）,各类层析的原理和载体,类别 分离原理 基质或载体吸附层析 化学、物理吸附 硅胶、氧化铝、羟基磷酸分配层析 两溶剂相中的溶解效应 纤维素、硅藻土、硅胶凝胶层析 分子筛效应的排阻效应 sepharose、sephadex离子交换层析 离子基团的交换反应 离子交换树脂、纤维素、葡聚糖亲和层析 分离物与配体之间有 带配基的sepharose 特殊亲和力 或sephadex聚焦层析 等电点和离子交换作用 多缓冲交换剂（与带有多种电 荷基团的配体相偶联的 sepharose 6B）,CH4-2酶蛋白的提纯与精制1 离子交换层析

16、法,（1）离子交换剂：离子交换剂是借酯化、氧化或醚化等化学反应，在琼脂糖、纤维素或凝胶分子上某些极性基团，通过极性基团的静电吸附作用，对极性大分子进行分离。按离子交换剂上的活性基团的性质不同，可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两种。,阴离子交换剂：当离子交换剂携带阳性基团，用来吸附阴离子时，交换剂称为阴离子交换剂。目前常用的阴离子交换剂有：DEAE纤维素（二乙基氨基乙基纤维素）DEAE纤维素适宜用来分离分子量在10,000-100,000或以上的蛋白质，其稳定性好，装柱后，在洗脱过程中，柱床体积基本保持不变，交换容量大，每克交换剂可吸附0.11.1毫克酶蛋白。DEAESephadexA50 DE

17、AESephadexA50的交换容量更大，（5.0毫克/克交换剂），但其有一最大的局限性，就是在洗脱过程中，随着离子强度的增加柱床体积变小，影响分离效果。AE纤维素（氨基乙基纤维素）,阳离子交换剂：阳离子交换剂有：CM纤维素（CMC，羧甲基纤维素）。弱酸性阳离子交换剂。磷酸纤维素（PC）中酸性离子交换剂。,常用的阳离子交换剂,离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构,CM-纤维素（弱酸型）羧甲基,P-纤维素（中强弱酸型）磷酸基,SE-纤维素（强弱酸型）磺乙基,SP-纤维素（强弱酸型）磺丙基,常用的阴离子交换剂,AE-纤维素（弱碱型）氨基乙基,离子交换剂 可电离基团 可电离基团结构,PAB-纤维素

18、（弱碱型）对氨基苯甲酸,DEAE-纤维素 二乙基氨基乙基,DEAE-Sephadex 二乙基氨基乙基,DEAE-纤维素（强碱型）三乙基氨基乙基,QAE-纤维素（强碱型）,二乙基（2-羟丙基）-氨基乙基,（中弱碱型）,（中弱碱型）,CH4-2酶蛋白的提纯与精制1 离子交换层析法,（2）离子交换分离酶蛋白的基本原理：一般情况下，酶蛋白的等电点在pH7以下，所以在偏碱性溶液中，酶蛋白带负电荷，所以多用阴离子交换剂；（有些酶蛋白等 电点较高，可以将其置于偏酸性溶液中，这样酶蛋白就带正电荷，分离纯化时应选用阳离子交换剂）。在同一pH条件下，由于不同的蛋白质所带电荷不同，其与交换剂的亲和力不同，通过梯度增

19、加洗脱剂的离子强度，按蛋白质与交换剂亲和力的由小到大，依次被洗脱下来，达到分离的目的。,离子交换层析原理示意图,NaCl梯度,CH4-2酶蛋白的提纯与精制1 离子交换层析法,离子交换拄层析基本程序及要点：（以DEAE纤维素为例）离子交换剂的处理：首先将DEAE纤维素用蒸馏水浸泡溶涨，然后按：0.5N盐酸处理30分钟以上（不断搅拌）蒸馏水反复洗涤致中性0.5N氢氧化钠处理30分钟（不断搅拌）蒸馏水洗涤致中性。,平衡：装柱后，用洗脱液进行平衡过夜，流述稍大于洗脱流述，使流出缓冲液的pH与流入的相同。,上样和平衡：为达到良好的分离效果，上样量一般为其交换容量的1020%，样品的pH值和离子强度应与洗

20、脱液一致。上样后用洗脱Buffer平衡。,分部收集：利用自动分部收集器收集。,装柱：将交换剂搅拌悬浮起来，抽气处理，然后用倾倒法装柱。,(8)收集与浓缩,CH4-2酶蛋白的提纯与精制2 分子筛层析法,（1）分子筛层析法基本原理 凝胶过滤法是以不同蛋白质的分子量大小差异来将不同蛋白质分开的方法。最常用的凝胶是葡聚糖凝胶（Sephadex),是由葡聚糖和3-1,2环氧化丙烷（交联剂）相互交联而成的中央带有微孔的球状凝胶颗粒，根据凝胶分子的交联程度的不同，共有SephadexG10、G15、G25、G50、G75、G100、G150、G200等8种型号，G50以下的为硬胶，G75以上的为软胶。G10

21、的交联度最高，分子内的网孔最小；G200的交联度最低，分子内网孔最大。根据蛋白质分子大小不同，在通过层析柱时，走的路程不同，从而分开。,（2）凝胶的选择：G25以下主要用于脱盐和氨基酸，或用于分离分子量在5000以下的小肽。G50 主要用于分离分子量150030000的小分子蛋白。G75 300080000 G100 4000150000 G150 5000300000 G200 5000600000,（3）凝胶的溶胀：凝胶规格 融胀体积（ml/g)时间/h.20C 时间/h.90-100C G10 23 3 1 G15 2.5-3.5 3 1 G25 4-6 3 1 G50 9-11 3 1

22、 G75 12-15 24 3 G100 15-20 72 3 G150 20-30 72 5 G200 30-40 72 5(4)装柱：装柱前必须进行凝胶脱气处理，装柱要求同离子交换层析,（5）装柱效果检测：用带有颜色的大分子上样，然后洗脱，检测样品走柱的介面效果，常用蓝色葡聚糖2000。（6）上样：和离子交换层析有根本不同。主要考虑上样体积，一般控制在110。视具体情况而定。,（7）洗脱 洗脱剂可以用低浓度 Buffer，也可用蒸馏水；在洗脱过程中，主要控制两个参数：流速和有效操作压 凝胶规格 流速（ml/h.cm2)有效操作压(cm/H2O)G10 G15 G25 G50 G75 77

23、160 G100 50 96 G150 23 36 G200 12 16,（8）分部收集：基本同离子交换层析,(9)凝胶的再生与保存：再生：用0.1mol 盐酸和0.1mol 氢氧化钠交替浸泡后，蒸馏水洗到中性，重新装柱，可反复使用；保存：用0.1mol 盐酸和0.1mol 氢氧化钠交替浸泡后，蒸馏水洗到中性；50乙醇75乙醇95乙醇冰箱保存。,蛋白质Mr=49,000,洗出液中的蛋白质浓度,洗脱体积（mL）,未知,logMr,洗脱体积与相对分子质量的关系,Andrews的经验公式：logMr=K1-K2(Ve/Vo),吸附层析（absorption chromatography）,原理：,载

24、体：硅胶 氧化铝 羟基磷石灰,应用：分离纯化蛋白质、酶、氨基酸、核苷酸 等生化物质,以吸附剂作为固定相，选择适当的溶剂作流动相。由于各种物质的极性不同，被吸附剂吸附的程度和在流动相中的溶解度不同。层析时，当流动相从固定相上流过时，各组分也就不同程度地被溶解（解吸），然后又再被吸附、再溶解再吸附，从而以不同速度随流动相向前移动。,分 配 层 析（distribuption chromatography）,原理：,载体：纤维素 硅藻土 硅胶,应用：各种生化物质的分离鉴定,分配层析实际上是一种连续抽提方式。如纸层析中滤纸的结合水为固定相，以水饱和的有机溶剂为流动相（展开剂）。当流动相沿滤纸经过样品点

25、时，样品点中的溶质在水和有机相中溶解度不同而不均匀地分配在两相中，各种组分按其各自的分配系数进行不断分配，从而使物质得到分离和纯化。,逆流分溶原理示意图,物质Y(Kd=1)的分配情况,溶剂 A,物质Z(Kd=3)的分配情况,溶剂 B,总量,总量,总量,总量,总量,总量,平衡后,转移 1,转移 2,转移 3,分溶管号,转移 4,上相转移,下相转移,上相转移,亲和层析（affiuity chromatography）,应用 分离纯化酶、抗原、抗体 分离纯化核酸 研究酶的结构与功能,a.理论依据：待纯化分子和配体间具有亲和性,原理：,基质 纤维素、聚丙烯酰胺凝胶、sepharose、sephadex

26、,亲和层析原理示意图,蛋白质混合物,配体,与配体结合的蛋白质,加入的可溶性配基,专一性结合蛋白质,没有结合的蛋白质,基质,聚焦层析（Chromatofocusing）,该法是在等电点聚焦方法基础上发展起来的，其分离纯化蛋白质的依据是等电点的差异和离子交换行为。蛋白质按其等电点在pH梯度环境中进行排列的过程叫做聚焦效应。pH梯度的形成(由多缓冲剂和多缓冲交换剂形成)是聚焦效应的先决条件，如果一种蛋白质加到已形成pH梯度的层析柱上时,由于洗脱液的连续流动，蛋白质将迅速地 迁移到与它等电点相同的pH处。从此位置开始，该蛋白质将以缓慢的速度进行吸附、解吸附，直到在等电点pH时被洗出。在聚焦层析过程中,

27、一种样品分次加入时，只要先加入者尚未洗出,并且有一定的时间进行聚焦,剩余样品还可以加到柱上,其聚焦过程都能顺利完成。,层析时的聚焦效应示意图,几种主要层析方法比较,酶蛋白经分离纯化后的纯度如何，必须用适当的实验方法进行鉴定，最常用的方法是聚丙烯酰胺凝胶电泳（Polyacrylamide Gel Electrophoresis PAGE）,现已发展成很多方法，如：PAGE圆盘电泳（柱状电泳）、PAGE垂直板状电泳等。,CH4-2酶蛋白的提纯与精制3 酶蛋白纯度检测,电泳的基本原理聚丙烯酰胺凝是由丙烯酰胺单体（Acr)和N，N-亚甲基-双丙烯酰胺(Bis)在催化剂的作用下，经聚合反应而形成的，根据

28、欲分离的蛋白分子的大小，通过控制Acr和Bis的比例以及总浓度来控制凝胶的孔径大小，制成各种孔径的凝胶，这样蛋白质颗粒在电泳时，两种作用力，即电场力和蛋白质颗粒在电场中运动所受的阻力，F=H.Q.（1）F/=6.（2）F:电场力；H：电场强度；Q：质点所带电荷；F/：质点所受阻力；：质点半径；：电解质黏度；电泳述度；,在一定的电场中，蛋白质分子的理论电泳迁移述率（即迁移述度）V=Q/6.（3）从这个公式中可以看出，V与蛋白质所带电荷的多少成正比，而与蛋白质分子的大小成反比。不同的蛋白质，其分子量和所带电荷的多少都表现出不同程度的差异，从而在电泳时有不同的迁移输率，经电泳后，不同的蛋白分子迁移到

29、电泳介质的不同部位，经过蛋白质染色处理，在凝胶的不同区域表现出相应的电泳带。从这个原理来讲，电泳技术不仅能对蛋白质进行纯度鉴定，并且还是分离提纯的有效方法。,电泳技术分类,垂直板电泳,水平板电泳,圆盘电泳,聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamidegel electrophoresis，PAGE）,PAGE是在区带电泳原理的基础上，以孔径大小不同的聚丙烯酰胺凝胶(PAG)作为支持物，采用电泳基质的不连续体系(即凝胶层的不连续性、缓冲液离子成分的不连续性、pH的不连续性及电位梯度的不连续性)或 连续体系（一层凝胶、一种pH和一种缓冲溶液），进行电泳分离一种方法。PAG是用丙烯酰胺(acry

30、lamide，Acr)和交联剂亚甲基双丙烯酰胺(N，N-methylen。bisacrylamide，Bis)在催化剂的作用下聚合而成，聚合反应的催化系统有两种。化学聚合:催化剂过硫酸铵(AP)，加速剂TEMED 光聚合:催化剂核黄素，加速剂TEMED 不连续PAGE三种效应：电荷效应、分子筛效应和浓缩效应,不连续PAGE的浓缩效应,样品,浓缩胶,分离胶,快离子,慢离子,蛋白质,A,B,C,+,+,-,-,SDS-PAGE,原理：当SDS（Sodium Dodecyl Sulfate）与蛋白质结合后，蛋白质分子即带有大量的负电荷，并远远超过了其原来的电荷，从而使天然蛋白质分子间的电荷差别就降低

31、乃至消除了。与此同时蛋白质在SDS的作用下结构变得松散，形状趋向一致，所以各种SDS-蛋白质复合物在电泳时产生的泳动率差异，就反映了分子量的差异。在此条件下，样品分子量的对数与其在凝胶中的迁移率呈直线关系。可用下式表示：Log Mr=a bmr应用:测定蛋白质分子量 测定蛋白质亚基数,Mr（相对迁移率）,mr（相对迁移率）,Log Mr,等电点聚焦（isoelectric focusing）,原理:在一定抗对流介质（如凝胶）中加入两性电解质载体(Ampholyte,是一种多氨基多羧基的混合物，由异构物和同系物组成，其pK和pI值各自相异却又相近），当直流电通过时，便形成一个由阳极到阴极pH值逐

32、步上升的梯度。两性化合物在此电泳过程中，就被浓集在与其pI相等的pH区域，从而使不同化合物能按其各自等电点得到分离。应用：高效率分离纯化蛋白质 测定蛋白质分子量,pH10,pH3,pI1=pH8,pI2=pH7,pI3=pH5,-,+,线性梯度,琼脂糖电泳,琼脂糖是由D-半乳糖和3、6脱水的L-半乳糖连接构成的多糖链，这种多糖链在1000C左右时呈液态，当温度下降到450C以下时，它们之间以氢键方式相互连接就成了线性双链单环的琼脂糖，经凝聚即呈束状的琼脂糖凝胶。琼脂糖凝胶用作电泳的固相支持物具有分子筛效应，其对生物分子的分离作用不仅与其分子的构象及其相对分子质量大小有关，而且与凝胶的浓度也有密

33、切关系，故可根据分离对象分子量大小选择适当浓度的凝胶。琼脂糖电泳常用于核酸分离，用各种浓度的琼脂糖凝胶可以分离长度为2OObP至5Okb的DNA，琼脂糖凝胶还常用作免疫电泳的固相支持物。,不同浓度琼脂糖凝胶分离DNA的范围,琼脂糖凝胶浓度(%)可分辨的线性DNA大小范围(kb)0.3 60-5 0.6 20-1 0.7 10-0.8 0.9 7-0.5 1.2 6-0.4 1.5 4-0.2 2.0 3-0.1,DNA相对分子质量标准物,水平型平板电泳槽,毛细管电泳(Capillary Electrophoresis，CE),毛细管电泳又称毛细管区带电泳，它是在毛细管（2-75m）中装入缓冲液

34、，从其一端注入样品，在毛细管两端加高压直流电实现对样品的分离，分离后的样品依次通过设在毛细管一端的检测器检出。该法克服了传统区带电泳的热扩散和样品扩散的问题，实现了快速和高效分离。,毛细管电泳是近年来发展起来的一项新技术，被认为是90年代最有影响的分离手段之一。目前已广泛用于氨基酸分析、蛋白质高效分离、指纹图谱研究、分离合成的寡核苷酸、DNA序列测定及PCR产物的分析鉴定等。,毛细管电泳原理示意图,毛细管电泳装置示意图,30KV高压电源,光源,光电倍增管,数据采集,石英玻璃毛细管,缓冲液-样品,缓冲液,正极,负极,CH4-2酶蛋白的提纯与精制3 酶蛋白纯度检测,基本操作要点 聚丙烯酰胺凝胶浓度

35、确定凝胶的孔径由丙烯酰胺单体（Acr）和双体（Bis）的总浓度（T%）和双体占总浓度的百分比（C%）所决定。T%（ab）/m100%C%b/（ab）100%a：单体；b：双体；m:凝胶溶液体积T：凝胶总浓度，主要考虑要分离的蛋白质分子量的大小而定；C 决定凝胶的交联度的高低；在T确定后；调整C%，可改变凝胶孔径的大小。经验公式是：C6.50.3T 还有些学者主张固定为 C5T,聚丙烯酰胺凝胶浓度参考表 样品 分子量范围 适宜的T%蛋白质 5 105 2-5 核 酸 104 15-20 104 105 5-10 105 2 106 2 2.6,凝胶的聚合化学聚合：用过硫酸铵（AP）作催化剂，用四

36、甲基乙二胺（TEMED）作加速剂；用量：TEMED加总体积的0.005倍 PA 加总体积的0.05倍 聚合时间一般在室温下30-60min光聚合：用核黄素作催化剂1mg/100ml,点样：注意样品的密度和点样量；电泳：恒压电泳和恒流电泳取胶：固定：7%醋酸或12.5的三氯醋酸染色：染色液有 氨基黑10B 考马斯亮兰G250 考马斯亮兰R250,蛋白质纯度确定：,纯一谱带,三、离心技术,1离心机类别 普通离心机 1000转/分 高速离心机 2-3万转/分 超速离心机 3万转/分,2沉降系数（sedimentation coefficient,s）,3超离心法类别 密度梯度离心法（density

37、gradient）沉降速度法（sedimentation velocity）沉降平恒法（sedimentation eguilibrium）,离心机结构示意图,转头,转头腔,沉降样品,驱动马达,真空,冷冻,沉降系数（sedimentation coefficient）,生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速度称为沉降系数。即沉降系数是微颗粒在离心力场的作用下，从静止状态到达极限速度所需要的时间。,数学定义式为：,沉降系数单位：由于蛋白质、核酸、病毒等的沉降系数介于110-13介于10-13到20010-13s的范围，为方便起见，把110-13s作为沉降系数的一个单位，用Svedberg单位，用

38、即S表示。,密度梯度离心法（density gradient）,生物大分子及颗粒的沉降不仅决定于它的大小，而且也取决于它的密度。颗粒在具有密度梯度的介质中离心时，质量和密度大的颗粒沉降的快，并且每种蛋白质颗粒沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前，最后各自在离心管中被分离成独立的区带。分成区带的样品可以在管底刺一个小孔逐滴放出，分步收集。常用的介质有蔗糖、氯化铯等。,滴加样品,离心管,蔗糖密度梯度,蔗糖浓度,1、核酸密度的测定=o+4.2 2(2-02)10-102、测定DNA中G-C之含量 Rolfe-Meselson公式：=0.100 xG-C+1.6583、溶液中核酸构象的研究

39、：单链DNA双链DNA 蛋白质 双链DNA RNA4、核酸的制备 氯化铯密度梯度超离心,密度梯度沉降平衡法在核酸研究中的应用,沉降速率法（sedimentation velocity）,在离心场的作用下，蛋白质分子将沿旋转中心向外周方向（径向）移动，并产生沉降界面，界面的移动速度代表蛋白质的沉降速度。在界面处由于浓度差造成折射率不同，可借助适当的光学系统，如schlieren光学系统（也称暗线光学照相系统），观察到这种界面的移动。在schlieren光学系统中，利用溶液的折射率梯度（d/d）和样品的浓度梯度（dc/d）成正比这一特点，巧妙地设计光路，使移动的界面以峰形曲线呈现在照相图片上，峰顶

40、代表移动界面。离心机的装置允许在离心机转头旋转时，对界面的移动进行观察和拍照。,分析型超速离心机,光源,柔性驱动轴,热敏温度计,样品池,准直透镜,液面,沉降界面,溶剂,配衡池,沉降界面,聚光透镜,马达,滤光片,溶质,空气,沉降方向,照相机透镜,园柱型透镜,底板,Schlieren光闸,真空,冷冻,1,2,c,d/d,沉降平衡法（sedimentation eguilibrium）,在较低速度（8,000-20,000r/min）的离心场中，离心开始时，分子颗粒发生沉降，由于沉降的结果造成浓度梯度。因而产生了扩散作用，扩散力的作用方向正与离心力相反，当净离心力与扩散平衡时，在离心池内从液面到池低

41、形成一个由低到高的恒定浓度梯度。如果测得相关参数即可算出生物分子的分子量。,CH4-3 酶制剂的成型与保存1 酶制剂的主要剂型及其制备,酶制剂的主要剂型：粗酶制剂：实际包括两类制剂，液体酶制剂和固体粗酶制剂。纯酶制剂：经过纯化后的制剂，通常是结晶酶制剂，有时也制成液体制剂，如遗传工程的工具酶，常加甘油成剂；医用酶有液体口服剂、针剂(安瓶)、片剂、酶药剂、固定化微囊等商品；分析试剂用酶，则常为结晶酶；工业用酶多为粉剂、颗粒酶、麸皮酶等粗制酶；液体酶制剂，较不稳定，但较经济，常为某些工业用户就近使用而生产。,CH4-3 酶制剂的成型与保存1 酶制剂的主要剂型及其制备,酶制剂的成型：固体粗酶制剂：固

42、体粗酶制剂的干燥成型酶液经浓缩、沉淀或吸附后，再经干燥处理并添加填充剂、稳定剂调配即成成品干剂。在干燥作业中，常添加一些添加剂，以防止酶粉飞扬，而制成颗粒酶，或增加酶的热稳定性和保藏稳定性。,酶粉粘结剂在许多酶浓缩液中，加入一定比例的含结晶水的盐类，混合后在干燥过程由于结晶水释放，可使酶粉粘结，以防酶粉尘被吸入后，引起过敏反应。含结晶水的盐计有18种可供选用。即：Na2SO4.10H20 Na2CO3.10H2O Na2SO4.7H20 Na2HPO4.12H20 Na2S203.5H20 Na2B4O7.10H20 Na2SiO3.9H20 A12(SO4)3.18H20 K2SO4.A12

43、(SO4)3.24H20、Ba(OH)2.8H2O CaCl2.6H2O FeSO4.7H2O MgSO4.7H20 ZnSO4.6H20 C6H5O7Na.5H2O(柠檬酸钠)C4H4O4Na2 6H20C2H3O2Na 5H20C6H10O6Na.5H2O(琥珀酸钠)(醋酸钠)(乳酸钠),颗粒酶成型剂：Na2SO4 或三聚磷酸钠、或硼砂、或柠檬酸钠溶液与蛋白酶浓缩液混匀，在室温下加丙酮，沉淀物于55真空干燥，即得到颗粒酶。添加适量聚乙烯醇及类似物混合后也可在喷雾干燥时得到颗粒酶，将酶与粘合剂和水混合、挤压成线条状，再经成丸器制成球状，并在于燥后包上蜡层。这种制剂贮藏稳定性好。,热稳定性增强

44、剂液化型细菌淀粉酶提纯后，于pH6.06.5室温下，加阳离子表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵或甲基苄基二甲基2乙基氯化铵，至终浓度为0.1一0.2，可以增强该酶的热稳定性。加1一5的钙盐可增强酶保藏稳定性。其它添加剂如加12一20(固形物)的蔗糖于酶液中，可以提高喷雾干燥的酶稳定性。,填充料：在食品用酶制剂中，常用的填充料有蔗糖、葡萄糖、乳糖、淀粉、食盐、酪蛋白、动物胶等；制革、造纸等用酶制剂中常用高岭土、硅藻土等；纺织工业用酶制剂多用淀粉、面粉等。有时也可以用磷酸盐、硫酸钙等作缓冲剂调整pH值，以增强酶活力。,医用酶制剂的特殊工艺：除去热源物质 医用特别是注射用酶制剂，务必除去热源物质。热源是

45、染菌后细菌分泌的一类类毒素。带有这类物质的酶制剂，注射到动物体后，能引起体温升高。热源物质为糖蛋白，分子量100000以上，因细菌来源不同而有差别。这类物质对热相当稳定，往往要通过长时间高温作用，例如180一220，二小时以上的处理，才会分解；也很耐酸；但在碱中，例如pH10，作用48小时会逐渐破坏；热源物质对氧化剂十分敏感，在新鲜配制的洗液中，1小时就可以将其除去。,除去热源物质，可以用DEAE纤维素等阴离子交换剂、磷酸钙、氧化铝凝胶等吸附；也可以用活性炭吸附；用热源物质的抗体或凝集素制备的亲和吸附剂，也可除去；在纯化酶时用盐析而不用有机溶剂沉淀法沉淀，其热源物可以少些。超滤也可除去某些酶制剂的热源物质。,CH4-3 酶制剂的成型与保存3 酶制剂的保存,产品保存 大多数酶在干燥固体状态下比较稳定，液体酶就不如固体酶稳定。在潮湿和高温情况下更容易丧失活性，污染杂菌，即使是喷雾酶粉，如果包装材料不合适，在保存期间也能吸潮、结块，甚至失活。尤其是雨季威胁更大。新鲜麸皮酶，只有经气流干燥后的产品，才能在干燥和室温下存放(35个月)，各种酶制剂保存都以低温，干燥为宜。酶制剂包装材料，多采用高分子聚合物，聚乙烯塑料薄膜双层膜袋，封装后，对延长保存期，防止结块和失活有良好效果。,