蛋白质分离技术的发展及意义

蛋白质分离技术的发展及其意义

中国科学院病毒研究所王春林201328012415044

摘要：蛋白质作为生命活动的承担者，在生物体的生活周期中扮演了至关重要的角色。因此针对蛋白质的研究技术是生命科学领域中的一个关键点。为了对蛋白质进行进一步的研究，首先我们要通过分离蛋白，得到纯化的蛋白样品，才能对其进行结构大小物理及化学性质等的鉴定研究。本文主要介绍了几种常用的分离技术：层析技术、电泳技术、沉淀技术、超滤技术、色谱技术等。蛋白质分离技术的发展，对人类探索生物奥妙起到了很大的推动作用，促进了生命科学的快速发展。

关键词：蛋白质、分离纯化、层析、电泳、色谱技术

The Development and Significance of Protein Separation Technology WuHan Institute of Virology, CAS Wang Chunlin 201328012415044

Abstract: In recent decades, biological research has made a great progress .Therefore , the technology for protein research is a key points in life sciences. In order to have further studies, we h--ave to get the purified protein samples by separation technology. Then, we can identify th

e ph--ysical and chemical properties o

f the protein. In this article, We have introduced several normal separation methods, such as chromatography, electrophoresis, precipitation,ultrafiltrati on, and chromatogram. The development of protein separation technology has play a role to he

lp human to reveals the mysteries of biology, as well as promoting the rapid growth of life scienc es.

key words:protein, isolation, chromatography, electrophoresis, chromatogram

蛋白质存在于一切生物生物体中，是非常重要的大分子。是生物功能的执行者，担负着生物催化、物质运输远动防御调控及记忆识别等多种生理功能。由于深入研究蛋白质的结构与功能需要用到高纯度的蛋白质，因此蛋白质分离与纯化技术是生物产业中的核心技术。然而该技术难度、成本均高；例如一个生物药品的成本75%都花在下游蛋白质分离纯化当中。所以对该项技术的改良与创新在实际应用中具有重要意义。

1 蛋白质分离纯化技术

1.1超滤

超滤技术由于具有通量高,操作条件温和,易于放大等特点,特别适合生物活性大分子的分离。在生物技术领域,超滤技术目前已广泛应用于细胞收集分离、除菌消毒、缓冲液置换、分级(fractionation)、脱盐及浓缩[1]。近年来越来越多的研究表明,通过选择适当的膜或膜表面改性,以及对分离过程进行优化,充分利用和调控膜-蛋白质以及蛋白质-蛋白质之间的静

电相互作用,可以实现分子量相近的两种蛋白质的高选择性超滤分离[2-7]。蛋白质超滤分离快，,通过脉冲进样技术,载体相超滤技术、参数连续变化超滤技术以及在这些技术基础上建立的

超滤分离快速优化新方法,克服了常规蛋白质超滤分离过程优化中存在的实验工作量大、蛋白质消耗多、费时以及费用高等缺点[8]。应用萃取一超滤两步法从过期人血中提取人血红蛋白[9]。

1.2沉淀法

1.2.1有机溶剂沉淀法

有机溶剂能降低溶液的电解常数，从而增加蛋白质分子上不同电荷的引力，导致溶解度的降低；另外，有机溶剂与水的作用，能破坏蛋白质的水化膜，故蛋白质在一定浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离的方法，称“有机溶剂分段沉淀法”，它常用于蛋白质或酶的提纯。常用的有机溶剂是乙醇和丙酮，由于有机溶剂的加入易引起变性失活，尤其乙醇和水混合释放热量，操作一般宜在低温下进行，且在加入有机溶剂时注意搅拌均匀以免局部浓度过大[10]。分离后的蛋白质沉淀应立即用水或缓冲液溶解，以降低有机溶剂的浓度。操纵时的pH值大多数控制在待沉淀蛋白质等电点四周。有机溶剂在中性盐存在时能增加蛋白质的溶解度，减少变性和进步分离的效果。一般在有机溶剂沉淀时添加中性盐的浓度在0.05mol

左右,过多不仅耗费有机溶剂,而且可能导致沉淀不好。沉淀的条件一经确定,就必须严格控制,才能得到重复性结果。有机溶剂浓度通常以有机溶剂和水容积比或用百分浓度表示。故操纵条件比盐析法严格。

1.2.2等电点沉淀法

等电点沉淀法是利用蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质又具有不同等电点的特点进行分离的,因为等电点是蛋白质的溶点最低。胡天桥等利用等电点沉淀法有效沉淀人血清中高丰度大分子量蛋白，证明是一种分离血清部分小分子量蛋白质简便、经济、有效的前期处理方法[11]。正是由于他有快捷、简便、高效的特点，常用于一些日常的蛋白检测。例如利用酪蛋白等电点法快速鉴别市面上的奶粉和乳清制粉，以酸调节待测样品水溶液pH 值至416附近,若该溶液是奶粉溶液,将形成大量的白色絮状凝块从溶液中沉淀出来,若该溶液是乳清粉溶液,由于不存在酪蛋白,将无此沉淀反应(乳清蛋白在该pH值或更低pH值时均不发生类似的沉淀反应[11]),利用这个现象立即就可以将奶粉和乳清区别开来。[12]本法耗时极少,不到1分钟即可完成鉴定,操作简便快捷,试剂耗用量少,无需特别培训,甚至无需天平称量,不受现场温度影响,在查货现场即可进行检验鉴定。由于本法直接从产品的成份及工艺入手,因而具很高的可靠性。[13]

1.3盐析

所谓盐析沉淀就是在蛋白质溶液中加入中性盐使其沉淀析出的过程。通过破坏蛋白质分子表面水膜或中和蛋白质分子表面水膜使蛋白质凝聚沉淀。此法多用于血浆蛋白的提取。