离子交换和亲和层析

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C、 用不同pH值0.05mol/L(对Sephadex)或0.01mol/L(对Sepharose或 Sephacel)缓冲液(各管PH值仍与洗涤液相同)平衡5次(每次洗涤、平 衡的上清液均可用倾斜法或离心法除去,但最后一次应采用离心法除去, 试管间操作要尽量一致)
D、同样量的待分离样品加到管中,缓慢混合5~10min , 静止沉淀 E、测定各管有效成分的含量、绘制出相应图谱(见图5-9A)。
都可聚焦到其等电点位置. ④ 可直接测出蛋白质的等电点,其精确度可达0.01 pH单位。
(5)缺点
① 要求用无盐溶液,而在无盐溶液中蛋白质可能发生沉淀 ② 不适用在等电点不溶或发生变性的蛋白质。
5、离子交换层析
优点:
①具有开放性支持骨架,大分子可以自由进入和迅速扩散,故吸附容量大; 2有亲水性,对大分子的吸附不大牢固,用温和条件便可以洗脱,不致引起蛋
一些pK和pI值各自相异却又 相近的两性电解质
载体两性电解质应具备的条件:
① 在等电点处必须有足够的缓冲能力 ② 在等电点必须有足够高的电导 ③ 分子量要小 ④ 化学组成应不同于被分离物质,不干扰测定; ⑤ 应不与分离物质反应或使之变性。
聚丙烯酰胺凝胶
等电聚焦的支持介质 琼脂糖凝胶
葡聚糖凝胶
最广泛
4、等电聚焦电泳
(1)基本原理
等电聚焦就是在电泳槽中放入载体两性电解质,当通以直流电时,两性电解 质即形成一个由阳极到阴极逐步增加的pH梯度。当蛋白质放进此体系时, 靠近阳极侧的蛋白质处于酸性环境中,带正电荷向负极移动;靠近阴极的蛋 白质处于碱性环境中,带负电荷向正极移动,最终都聚焦于与其等电点相当 的pH位置上,形成不同的蛋白质区带。
由于不同蛋白质有不同的pI,在同一pH下,各种蛋白质 所带的电荷种类和数量不同,因此与离子交换剂的吸附作用 的强弱不同,有些甚至完全不吸附。从而将有不同电荷的蛋 白质分开。然后通过改变缓冲液的盐浓度(离子强度)和 pH,用溶液中的离子置换吸附上的蛋白质,吸附力弱的先洗 脱下来,吸附力强的后洗脱下来,从而使蛋白质混合物的组 分分开。
最适pH(7.0)的选择 在pH7.0以上的缓冲液中,有效成分全部被吸附了。 因此,起始缓冲液(即样品的溶解液和层析柱的平衡液)pH可选 用7.0。
起始缓冲液和限制性缓冲液(洗脱液)离子强度的确定
在各管中加入不同离子强度的缓冲液,经过洗涤、平衡、加样、测定 含量,即可绘制出相应的图谱(见图5-9B)。
强阳离子交换剂
乙基磺酸基团(-O-CH2-CH2-SO3H)
磷酸基团(-OPO3H2) 亚磷酸基团(-OPO2H)
中强阳离子交换剂
酚羟基(-

羧酸(-COOH)
弱阳离子交换剂
强酸性:R−S03−. H+ + Na+ 弱酸性:R−COO–H + + Na+
R−S03−. Na + + H + R−COO– Na + +H+
束缚(0.15mol/L)和洗脱(>0.3mol/L)时盐浓度的选择 当离子强度(μ) <0.15时,样品中的有效成分基本上全被离子交换剂吸附了; 但当μ提高到0.3或0.3以上时,有效成分却全部留存在溶液中。 因此,起始缓冲液的μ应确定为≤0.15,
而限制性缓冲液的μ应确定为≥0.3。
3)加样量的确定
阳离子交换剂有: 羧甲基纤维素(CM- 纤维素), 阴离子交换剂有: 二乙基氨基乙基纤维素(DEAE- 纤维素)
3交联葡聚糖离子交换剂:
是将交换基团连接到交联葡聚糖上制成的一类交换剂,因
而既具有离子交换作用,又具有分子筛效应,是一类广泛应
用的色谱分离物质。
非特异性吸附少, 特点: 不易使蛋白质变性,
2)阴离子交换剂
季胺盐[−N+ (CH3)3] 三乙基氨基乙基[-O-(CH2)2−N+ (C2H5)3] 叔胺[−N+H(CH3)2]
仲胺盐(−N+H2CH3) 伯胺盐(−N+H3) 二乙基氨基乙基[-O-(CH2)2- N+H(C2H5)2] 氨基乙基[-O-(CH2)2N+H3]
某些wenku.baidu.com换反应如下:
① 阴、阳离子交换剂的选择
对于未知等电点的物质 可参照电泳的结果 在中性或偏碱性的条件下进行电泳, 向阳极移动较快的物质,在同样条件下可被阴离子交换剂吸附; 向阴极移动或向阳极移动较慢的,可被阴离子交换剂吸附。
② 强、弱离子交换剂的选择
强性离子交换剂: 应用范围广,但选择性低,所以常用它来制备 无离子水和分离一些在极端pH溶液中解离且较稳定的 物质。比如简单的、复杂的、无机的及有机的阳离子 都可与强酸性阳离子交换。
为了提高交换容量,一般应选择结合力较小的反离子。据此, 强阳性和强阴性离子交换剂应分别选择H型和0H型; 弱酸性和弱碱性离子交换剂应分别选择Na型和Cl型。
④ 不同基质离子交换剂的选择
树脂基质是疏水性化合物 而纤维素、葡聚糖和琼脂糖基质则是亲水性化合物。
在分离生命大分子物质时,一般认为后三种基质(亲水性 化合物)比前一种基质(疏水性化合物)更为优越。由于后三种是 亲水性的,且对生命大分子物质的吸附和洗脱都比前者温和, 所以采用后者基质制成的离子交换剂,被分离物质活性不易受 到破坏。
白质变性或酶的失活; 3多孔性,表面积大、交换容量大、回收率高,可用于分离和制备。
(1)基本原理
基质 离子交换剂是由 电荷基团(或功能基团)
反离子
纤维素—O—CH2 — COO−—Na+
基质
电荷基团 反离子
图5.羧甲基纤维素离子交换剂组成示意图
离子交换剂与生物大分子间的亲和力取决于:
每个分子能够和离子交换剂形成的 静电键的数目 电荷数目多寡 与分子中电荷的排布有关。
洗脱方法
增加缓冲液的离子强度 改变pH ,
洗脱方式
梯度洗脱: 阶段洗脱:
(2)离子交换剂的分类和性质
离子交换剂应满足下列要求:
① 有高度的不溶性 ② 有疏松的多孔结构或巨大的表面积 ③ 有较多的交换基团 ④ 有稳定的物理化学性质
离子交换剂的分型
1)阳离子交换剂
磺酸基团(-OSO3H)
甲基磺酸基团(-O-CH2-SO3 H)
2)缓冲液的选择
选用的起始缓冲液
其pH值和离子强度等能使样品中有效成分与离子交换剂结 合,而不能使样品中杂质与离子交换剂结合.
如选用阴离子交换剂, pH值一般比有效成分的pI值高一个单位; 选用阳离子交换剂, pH值一般比有效成分的pI值低一个单位; 离子强度为0.1时,就能很快把有效成分与杂质分开。 选用的洗脱液 其离子强度和pH值应使有效成分从离子交换剂上解离下来, 一般离子强度要比起始缓冲液高,pH值是随着离子交换剂性 质变化而变化。
交换容量
指单位重量交换剂中可解离基团的数量,是离子交换剂的特性 常用单位重量或单位容积交换剂的能交换的毫克当量离子来表示;
影响交换容量的因子:
筛孔 离子强度 pH
(3)离子交换层析条件的选择
1)离子交换剂的选择
交换容量是提供交换离子的量度,是选用交换剂数量的 重要参考依据。
选用何种交换剂还要根据被分离的物质所带电荷、分子 大小,及是否耐酸碱等对离子交换剂进行选择。
例如聚苯乙烯磺化型离子交换树脂是由苯乙烯与二乙烯苯共聚和 再磺化引入磺酸基合成。磺酸根连在树脂上,氢离子与磺酸 根的负电荷互相平衡,可与外来离子相互交换。
特点: 交联孔径小,吸附力太牢,要求洗脱条件剧烈 不适用于大分子的蛋白质分离纯化 多用于小肽和氨基酸的分离纯化及无离子水的制备。
2纤维素离子交换剂: 是以微晶纤维素为基质,通过化学方法引入电荷基团构成的。 离子交换纤维素分子上的羟基被离子基团取代。 特点: 对蛋白质的交换容量大,结合力弱, 洗脱条件缓和, 因而是分离纯化生物活性大分子的理想的工具。
强阴离子交换剂 弱阴离子交换剂
强碱性:R−N+ ( CH3)3 OH– + Cl− 弱碱性:R− NH3 +(OH) – + Cl−
R−N+(CH3)2Cl– + OH− R−NH3 +Cl –+ OH−
离子交换剂根据化学性质分为三类:
1树脂离子交换剂:
由苯乙烯和二乙烯苯的共聚物作为骨架,再引入所需的酸性基团 或碱性基团。
故交换容量很高
能引入大量活性基团而不破坏骨架
阳离子交换剂有:SE-Sephadex(强) CM-Sephadex(弱)
阴离子交换剂有:QAE-Sephadex(强) DEAE- Sephadex(弱)
表7-6 一些常用的纤维素离子交换剂和Sephadex离子交换剂
离子交换剂 I、阳离子交换剂
CM-纤维素(弱酸型) P-纤维素(中强酸型) SE-纤维素(强酸型) SP-Sephadex(强酸型) II、阴离子交换剂
① 阴、阳离子交换剂的选择
对于已知等电点的物质
当pH< pI时, 应选择阳离子交换剂; 当pH> pI时, 应选择阴离子交换剂; 如果被分离物质为两性离子,则一般应根据其在稳定的pH范 围内所带电荷来选择交换剂。 例如,一蛋白质的pI为5. 若该物质在pH5~8稳定时,则应选择阴离子交换剂; 若该物质在pH5以下稳定时,则可选择阳离子交换剂。
弱性离子交换剂 选择性较高,适用的pH范围较窄,这种离子交 换剂在pH为中性的溶液中交换容量也高,用它分离生 命大分子物质时,其活性不易丧失。所以,分离生物 样品习惯采用弱性离子交换剂
③ 不同离子型交换剂的选择
离子交换剂处于电中性时往往带有一定的反离子。
如阳离子交换剂的反离子可以是
H+ (称H型) Na+ (称Na型) NH4+等
五、亲和层析 利用对配体的特异生物学亲和力的纯化方法
优点: 可对天然生物活性物质进行高特异性的分离和纯化。
(一)基本原理
抗原和抗体
激素和受体
酶和底物及辅酶 酶和抑制剂
酶和调节效应物 RNA和其互补的DNA等
生物分子之间这种特异的结合能力称为亲和力。
亲和层析的过程
配基固相化:将与纯化对象有专一结合作用的物质,连接在 水不溶 性载体上,制成亲和吸附剂后装柱(称 亲和柱)。
1)吸附阶段:
①紧密吸附:静电键的数目相当多,以致它们同时解离的概率为零。 处于此状态的物质,被吸附于柱顶而不下移。
②有限吸附平衡:静电键的数目较少,它们同时解离的概率达到一 个有限值(0∼1间)。只有在此范围内才能达到较高的 分辨率。
③解吸状态:静电键数目极少,同时解离的概率为1,完全不吸附。
2)洗脱(解吸附)阶段:
在pH7.0 0.1mol/L盐浓度时,最佳操作容量(总交换量的40%)的选择
在10支盛离子交换剂的试管中,先用相同缓冲液进行充分洗涤、平 衡,然后按总交换容量的百分数,分别加入不同量的样品液,吸附毕, 取上清液测定待分离物的含量,并绘制相应图谱(见图59C)。
从图看出,离子交换剂的总交换容量达40%时,其吸附力已呈饱和 状态。这表明该交换剂中加入样品液的最大量为总交换容量的40%。
(3)等电聚焦电泳的方式
垂直管式 毛细管式 水平板式 超薄水平板式
分析样品多 两性电解质用量少 结果重复性好
(4)优点
① 有很高的分辨率,可将等电点相差0.01~0.02 pH单位的蛋白质分开; ② 能抵消扩散作用,使区带越走越窄。一般电泳由于受扩散作用的影响,随着时
间和泳动距离加长,区带越走越宽 ③ 很稀的样品也可进行分离. 由于这种等电聚焦作用,不管样品加在什么部位,
缓冲液选择的关键在于:了解有效成分的等电点。 初步选择缓冲液(pH值)的简便方法 :
A、取10支1.5ml试管,在各管中加入0.1g Sephadex或1.5ml Sepharose(或 Sephacel)离子交换剂
B、用不同pH值0.5mol/L缓冲液分别洗涤10次 (阴离子交换剂选pH5~9,阳 离子选pH4~8,配方见表5-8)
可电离基团
羧甲基 磷酸基 磺乙基 磺丙基
AE-纤维素(弱碱型) PAB-纤维素(弱碱型) DEAE-纤维素(中强碱型) DEAE-Sephadex(中强碱型) TEAE-纤维素(强碱型) QAE-Sephadex(强碱型)
氨基乙基 对氨基苯甲基 二乙基氨基乙基 二乙基氨基乙基 三乙基氨基乙基 二乙基(2-羟丙基)-氨基乙基
(2) pH梯度的建立。
人工pH梯度:用两种不同pH的缓冲液互相扩散,在混合区形成pH梯度。 天然pH梯度:利用载体两性电解质(carrier ampholytes)在电场作用下自
然形成pH梯度。该方法是常用的方法
低pH
+
H2SO4 两性电解质(带正电)
高pH
甲(酸性很强) 乙(等电点稍高于甲)
两性电解质(带负电) NaOH −
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