蛋白质的分离纯化和表征培训课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,蛋白质的分离纯化和表征,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,蛋白质的分离纯化和表征,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质的等电点：,当溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中即不向阳极移动也不向阴极移动，此时溶液的,pH值即为该蛋白质的等电点（pI）。,在等电点时，,蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。,在外液pH低于等电点的溶液中，,蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动；,在外液pH高于等电点的溶液中，,蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动。这种现象称为蛋白质,电泳,带电粒子在电场中移动的现象。,一、蛋白质的两性电离及等电点,2,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质含有酸/碱AA残基具有两性,碱/酸越大pI 越大,pI通常在 6.0 左右,一、蛋白质的两性电离及等电点,3,蛋白质的分离纯化和表征,二、蛋白质的胶体性质与蛋白质的沉淀,（一）胶体性质,（colloidal system）,胶体溶液的特点：,分子直径在1-100 nm内,溶于水,不易聚集沉淀,大多数球状蛋白能形成稳定的亲水胶体溶液,4,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质胶体溶液的稳定因素：,1.同种蛋白带同种电荷，相互排斥,2.水膜弹性,蛋白质溶液具有丁达尔效应、布朗运动以及不能通过半透膜等性质,5,蛋白质的分离纯化和表征,（二）蛋白质的,沉淀,Pr,从胶体溶液中析出,可逆沉淀：,温和条件，改变溶液,pH,或,Pr所,带电荷,Pr,结构和性质没有变化,适当条件下可重新溶解,非变性沉淀,pI,沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等,6,蛋白质的分离纯化和表征,不可逆沉淀,强烈沉淀条件,破坏,Pr,胶体溶液稳定性,也破坏,Pr,结构和性质,沉淀不能再重新溶解,变性沉淀,如加热沉淀、强酸/碱沉淀、重金属盐,和生物碱沉淀等,7,蛋白质的分离纯化和表征,1.盐析法,加入中性盐脱去蛋白质的水化层，盐析一般不引起变性,8,蛋白质的分离纯化和表征,等电点沉淀的蛋白质溶液中,加入NaCl后沉淀溶解,盐溶,原因？,盐溶盐析,分子在等电点时，相互吸引，聚合沉淀，,加入少量盐离子,后破坏了这种吸引力，使分子分散，溶于水中,盐溶,9,蛋白质的分离纯化和表征,盐析,向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会沉淀析出,原因？,蛋白质脱去水化层而聚集沉淀,盐析（,（NH,4,）,2,SO,4,）,10,蛋白质的分离纯化和表征,2.有机溶剂沉淀,脱去水化层以及降低介电常数而增加带电质点间的相互作用,3.等电点沉淀,11,蛋白质的分离纯化和表征,4.重金属盐沉淀,与带负电荷蛋白质结成不溶性盐,5.生物碱试剂和某些酸类沉淀,与带正电荷蛋白质生成不溶性盐,6.加热变性沉淀,天然结构解体，疏水基外露，,破坏水化层及带电状态,12,蛋白质的分离纯化和表征,一.分离纯化蛋白质的意义,1.研究蛋白质的结构与功能：,要求纯度高，不变性；,2.提取活性的酶或蛋白质：,必须保持天然活性状态；,3.作为药物或食品添加剂：,纯度要求一般。,二、蛋白质提纯的总目标：,增加制品,纯度或比活力,，设法除去变性的蛋白质和其他杂蛋白，且希望所得的蛋白质的产量达到最高值。,三、蛋白质分离纯化的一般原则,13,蛋白质的分离纯化和表征,三、蛋白质分离纯化的一般原则,总目标：增加制品纯度或比活,1.前处理：因动/植物/细菌而异,2.粗分级分离：采用盐析/等电点沉淀/有机溶剂分级分离等方法,3.细分级分离：采用凝胶过滤、离子交换层析、吸附层析以及亲和层析等,4.结晶,14,蛋白质的分离纯化和表征,2、根据溶解度分,等电点沉淀,盐析（常用硫酸铵）,有机溶剂沉淀,3、根据电离性质分,电泳,离子交换层析,1、根据分子大小分,透析或超滤,离心沉淀,凝胶过滤层析,4、特异亲和力：,亲和层析,沉降平衡离心法,沉降速度离心法,四、蛋白质的分离纯化方法,15,蛋白质的分离纯化和表征,五、蛋白质的分离纯化方法,（一）,根据分子大小不同的纯化方法,1、透析和超过滤,利用蛋白质分子不能透过半透膜将其,与小分子物质分开,半透膜为玻璃纸或纤维素材料,16,蛋白质的分离纯化和表征,17,蛋白质的分离纯化和表征,血液透析,小分子溶出,小分子被带出,透析机,透析液,加压,血液,18,蛋白质的分离纯化和表征,凝胶过滤,19,蛋白质的分离纯化和表征,凝胶过滤所用介质为凝胶珠，其内部为多孔网状结构一定型号的凝胶网孔大小一定，只允许相应大小的分子进入凝胶颗粒内部，大分子则被排阻在外,洗脱时大分子随洗脱液从颗粒间隙流下来，洗脱液体积小；小分子在颗粒网状结构中穿来穿去，历程长，后洗脱下来，洗脱体积大.测定蛋白质分子量一般用葡聚糖，商品名：Sephadex,20,蛋白质的分离纯化和表征,（二）利用溶解度差别的纯化方法,1.等电点沉淀,调整溶液pH,不同蛋白在各自 pI处依次沉淀,2.盐溶和盐析,21,蛋白质的分离纯化和表征,2.盐析,在蛋白质的水溶液中，加入大量,高浓度,的强电解质盐,如硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等，可破坏蛋质分子表面的水化层，中和它们的电荷，因而使蛋白质沉淀析出，这种现象称为,盐析,。,而,低浓度,的盐溶液加入蛋白质溶液中，会导致蛋白质的溶解度增加，该现象称为,盐溶,。,盐析的机理,：,破坏蛋白质的水化膜，中和表面的净电荷,。,盐析法是最常用的蛋白质沉淀方法，该方法不会使蛋白质产生变性,。,22,蛋白质的分离纯化和表征,3.有机溶剂分级分离法,降低介电常数,争夺水化膜,23,蛋白质的分离纯化和表征,电泳原理,蛋白质在非等电点时所带总电荷不为0,分子大小不同，电场中移动速度也不同,蛋白质与多肽一样，能够发生两性离解，也有等电点。在等电点时(Isoelectric point pI)，蛋白质的溶解度最小，在电场中不移动。,在不同的pH环境下，蛋白质的电学性质不同。在等电点偏酸性溶液中，蛋白质粒子带负电荷，在电场中向正极移动；在等电点偏碱性溶液中，蛋白质粒子带正电荷，在电场中向负极移动。这种现象称为蛋白质电泳(Electrophoresis)。,24,蛋白质的分离纯化和表征,电泳迁移率(泳动度),电场力 F=q E=q U/d,摩擦力 F f=f V,V/E=q/f,蛋白质的泳动度 反映了一种蛋白质的特性,电泳迁移率(泳动度),m=,V/E,25,蛋白质的分离纯化和表征,水平式平板凝胶电泳,垂直式平板凝胶电泳,26,蛋白质的分离纯化和表征,等电聚焦电泳,27,蛋白质的分离纯化和表征,双向电泳,蛋白质双向电泳,28,蛋白质的分离纯化和表征,离子交换层析,六 离子交换层析,29,蛋白质的分离纯化和表征,（,七,）利用蛋白质选择性吸附的性质,羟磷石灰层析,疏水作用层析,30,蛋白质的分离纯化和表征,利用选择性吸附的纯化方法,1羟基磷灰石层析：羟基磷灰石即结晶磷酸钙（,Ca,10,(PO,4,),6,(OH),2,），它能吸附蛋白质，加大离子强度可将蛋白质洗脱下来。,2,疏水作用层析：疏水层析介质有苯基琼脂糖、辛基琼脂糖等，蛋白质分子通过疏水作用与层析介质结合，通过能减弱疏水作用的洗脱液将不同蛋白质分别洗脱下来。,31,蛋白质的分离纯化和表征,（,八,）利用对配体的特异生物学 亲和力的纯化方法,亲和色谱颗粒,具有极强的专一性,32,蛋白质的分离纯化和表征,33,蛋白质的分离纯化和表征,六、蛋白质含量测定和纯度鉴定,34,蛋白质的分离纯化和表征,（一）根据化学组成测定最小分子量,1、测定蛋白质中某一微量元素的含量,2、假设蛋白质中仅含一个铁原子,最低相对分子质量=100*55.8/铁的百分含量,36,蛋白质的分离纯化和表征,（二）凝胶过滤法测定相对分子质量,37,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质混合样,凝凝胶法只适于球状蛋白分子测量,38,蛋白质的分离纯化和表征,（三）,SDSPAGE,测定相对分子质量,蛋白质颗粒电泳时迁移率取决于：,所带电荷,分子量,分子形状,39,蛋白质的分离纯化和表征,40,蛋白质的分离纯化和表征,十二烷基磺酸钠,原态蛋白质,变性,？,磺酸基,极性亲水,烷基,亲油,（蛋白质疏水区）,迁移率与电荷和形状无关，仅取决于,相对分子质量,巯基乙醇破坏二硫键,41,蛋白质的分离纯化和表征,42,蛋白质的分离纯化和表征,43,蛋白质的分离纯化和表征,44,蛋白质的分离纯化和表征,沉降速度法测定相对分子量,直接测定蛋白质Mr的方法：渗透压法、光散射法、沉降速度法、沉降平衡法、黏度法。其中,沉降速度法,是经典的常用方法。,沉降系数 S 见书P40,蛋白质的沉降系数S与相对分子量Mr的关系 斯维得贝格方程,45,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质的含量测定与纯度测定,（一）蛋白质的含量测定,1双缩脲法,双缩脲试剂：称取1.5g CuSO,4,5H,2,O和6g酒石酸钾钠溶于500ml水中，在不断搅拌下，加入300ml 10%NaOH，稀释至1000ml。,3ml蛋白质溶液加2ml双缩脲试剂，540nm比色。,2紫外吸收法,280nm比色，测定后蛋白质溶液还能回收，操作简便，但精确度不高。,46,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质含量测定,3Folin-酚法（Lowry法）,蛋白质中的酪氨酸或半胱氨酸，能与Folin-酚试剂起氧化还原反应，生成蓝色化合物，500nm比色测定。,Folin,-,酚试剂的配制比较复杂。,4BCA法,蛋白质还原Cu,2,+,成Cu,+,，与4,4-二羧基-2,2-二喹啉（BCA）形成配合物，显紫色，比色测定。,47,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质含量测定,5,染料结合法（Bradfold法）,蛋白质能结合考马斯亮兰,G250,，显蓝色，,595nm,比色。,染色液的配制：考马斯亮兰,G250 100mg,，加,50ml 95%,乙醇（或甲醇）和,100ml 85%,磷酸，加水至,1000ml,。,灵敏度高，能检测1微克蛋白，重复性好。,48,蛋白质的分离纯化和表征,蛋白质纯度鉴定,各种层析单峰，电泳单带，双向电泳单点，末端氨基酸测定一种，溶解度曲线单转折。,49,蛋白质的分离纯化和表征,