BIOSEP0蛋白质沉淀法

1、1）、豆腐的由来：“来其”、“黎其”，汉朝淮南王刘安2）、一人得道，鸡犬升天问题：a、1941-12-7, 7:59am 珍珠港事件 - 烧伤 - 蛋白流失，感染b、急性肾炎 - 蛋白流失 人血清白蛋白1、概述2、蛋白质溶解3、蛋白质溶液的稳定因素4、蛋白质沉淀方法分类5、盐析法6、|ph水 pi| value调节法7、有机溶剂沉淀法8、亲水聚合物沉淀法9、沉淀动力学10、applications 定义定义常用加入试剂的方法，改变溶剂和溶质的能量平衡来降低其溶解度，使产物离开溶液生成不溶性颗粒，沉降析出。沉淀具有浓缩与分离的双重作用。与结晶联系与结晶联系 在本质上都是新相析出的过程，主要是物理

2、变化，当然也存在化学反应的沉淀或结晶。区别区别结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出，沉淀为同类分子或离子以无规排列形式析出。优点优点a、设备简单、成本低、放大容易，产物浓度越高沉淀越有利，收率越高； b、原料液体积很快地减小1050倍，从而简化生产工艺、降低生产费用；c、使中间产物保持在一个中性温和的环境；d、及早地将目标pro.从其pro.水解酶分离出来，避免pro降解，提高产物稳定性；e、用沉淀法作为pro色谱分离前处理，可使使用色谱分离的限制因素降低到最少。缺点：缺点：a、沉淀物可聚集有多种物质，如大量盐类和溶剂，所以沉淀法所产品纯度通常都比结晶法低；b、过滤较困难蛋白质溶解：蛋白质

3、溶解：相似者相溶aa的亲水性和疏水性：的亲水性和疏水性：有利因素：有利因素：亲水性，包括氢键、极性基团、离子化侧链、亲水aa所占的%等。如白蛋白不利因素：不利因素：疏水性，包括暴露的疏水基团、疏水aa所占的%等。如纤维蛋白原。1)、水化层水化层(hydration shell)tight hydration shell(0.35g water/1g pro)loose hydration shell(2g water /1g pro)2)、静电排斥静电排斥 zeta电势电势nernst potential胶核表面电位(不可测)stern potential(不可测) potential滑面电位

4、(可测,mobility) 电位 nernst电位 ionic strength3)、|ph水水 pi| value |ph水水 pi| value zeta电势电势 水化层水化层 静电排斥静电排斥 tight hydration shellprotein coreloose hydration shell1）、盐析法2）、有机溶剂沉淀法3）、 |ph水 pi| value调节法4）、亲水聚合物沉淀法5）、聚电解质絮凝法6）、高价金属离子沉淀法7）、亲和沉淀法机理：机理：a、zeta potential；b、hydration shell计算计算: cohnx经验公式式中, s为蛋白质的溶解度

5、(g/l)；i为离子强度；m为盐的摩尔浓度；值为蛋白质在纯水中(i=0时)的假想溶解度对数值，是ph值和温度的函数，在蛋白质pi时最小；ks为盐析常数，与温度和ph值无关。方法方法: a、 “ks”分级盐析法：在一定ph值及温度下，改变盐浓度（即i）达到沉淀的目的。b、“”分级盐析法：在一定i下，改变溶液的ph值及温度达到沉淀的目的。c、应用：一般的初步分离用第一种方法，进一步纯化时用第二种方法。影响因素影响因素a、无机盐种类感胶离子序(hofmeister序列): in 1888，hofmeister对一系列盐沉淀蛋白质的能力进行了测定研究。阴离子排序为：柠檬酸根3- 酒石酸根3- f- i

6、o-3 h2po-4 so-4 ch3coo- cl- clo-3 br- no-3 clo-4 i- cns-; 对阳离子排序为： th4+ al3+ h+ ba2+ sr2+ ca2+ cs+ rb+ nh4+ k+ na+ li+结论：结论：a不同种类的盐主要影响ks；b 离子半径小，带电多，电荷密度高，盐析效果好。无机盐的挑选原则：无机盐的挑选原则： a 较高的盐析效能；b高溶解度，能配置高离子强度的盐溶液；c溶解度受温度的影响小；d盐溶液的密度不高，便于蛋白质沉淀和离心分离；e不易引起蛋白质的变性；f价格低廉；最常用最常用(nh4)2so4。优点：符合上述要求；缺点：水解后溶液ph降

7、低，在高 ph下产氨，腐蚀性强，有异味，有毒，终产物必须除尽。次常用次常用na2so4。缺点：在400c以下溶解度较低，主要用于热稳定蛋白。b、无机盐添加方式c、温度t主要考虑不能影响主要产物的活力,即在其稳定的温度下盐析,可通过实验决定,一般来说,温度越低,形成沉淀越不易,但也有相反的情况.实际上,盐析的温度范围较大,所有一般都在常温下盐析.d、溶液phph影响cohnx方程中的值。见图图有何用？等电点沉淀法中的ph值作用于值而隐含在cohnx公式中，pi值通常在ph46范围内变化，一般用无机酸（如盐酸、磷酸和硫酸）作沉淀剂。在蛋白质疏水性比较大和结合水比较小时这种类型的沉淀更有效。为了提高

8、等电点法的沉淀能力，常将其与盐析法、有机溶剂法或其他沉淀法一起使用。最大缺点：无机酸会引起较大的蛋白质不可逆变性的危险。 同盐析一样，随着沉淀剂有机溶机浓度的上升，蛋白质溶解度也呈指数规律下降。 式中, so为当（k/e2） 0时s的外推值；e为水-有机溶剂混合物的介电常数；k为常数(水的介电常数的吸收系数)。有机溶剂的种类：有机溶剂的种类：丙酮(首选)、乙醇、甲醇和乙腈，常用于低盐浓度下沉淀pro。机理：机理：a、有机溶剂沉淀法的机理是加入溶剂后，会使水溶液的介电常数降低，而使pro分子间的静电引力（库仑力）增大，导致凝集和沉淀。b、有机溶剂使pro溶剂化，使原来与pro结合的水被溶剂所取代

9、，从而降低了pro溶解度。这种理论不能说明为什么乙醇比丙酮的亲水性强，丙酮却比乙醇沉淀pro的能力强，也解释不了丙酮、乙醇之类溶剂在所谓脱去pro水膜的过程中容易造成pro变性，而盐析脱水时不造成pro变性。c、丙酮、乙醇等不仅是pro的沉淀淀剂，而且还是一种变性剂，可见作用有机溶剂使pro在沉淀和变性之间既有区别又相关联。影响因素及控制影响因素及控制a、t：当乙醇与水混合时，会放出大量的稀释热，使溶液t显著升高，对不耐热的pro影响较大。解决办法：搅拌、少量多次加入，以避免温度骤然升高损失pro活力。另一方面温度还会影响有机溶剂对pro的沉淀能力，一般温度越低，沉淀越完全，所以在乙醇沉淀人血

10、浆蛋白时，温度控制在-10c下进行。b、乙醇：通常随乙醇上升，pro溶解度下降。如血纤维蛋白原的最大溶解度在乙醇浓度为8%时达到最大，而当乙醇浓度为40%时达到最小。c、ph值：在确定了乙醇以后，pro最低溶解度出现在蛋白.的pi处，因此可以通过调节ph值来选择性分离蛋白质。d、pro：避免使用很稀的浓度，因pro在高浓度下才较稳定。优点：优点：a、某些蛋白质沉淀的浓度范围相当宽，所得产品的纯度较高，b、从沉淀的蛋白质中除去有机溶剂很方便，而且有机溶剂本身可部分地作为蛋白质的杀菌剂；缺点：缺点：a、耗用大量溶剂，而溶剂来源、贮存都比较困难麻烦；b、且沉淀操作需在低温下进行，使用上有一定的局限性

11、；c、收率也比盐析法低；d、试剂易燃，有毒。某些聚合物，如聚乙二醇（peg）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）和葡聚糖等，具有沉淀蛋白质的作用。其中最常用的是peg，相对分子质量从200d到20kd的不同聚合程度的产品都是有效的，通常在蛋白质沉淀中使用peg-6000或peg-4000。计算公式：计算公式：式中，s-溶解度；c-peg浓度；-常数，受溶液条件的影响(如ph值和离子强度)；k-常数，由pro大小和peg的类型决定。 适应条件：适应条件：上式适用性广，但在低浓度蛋白质，如1.5g/l和高浓度蛋白质，如75g/l和150g/l时，实验结果会偏离线性。这时方程需校正优点：优点：a、体系的温度只

12、需控制在室温条件下；b、沉淀的颗粒往往比较大，产物比较容易收集；c、peg非但不会使pro变性,而且可以提高它的稳定性；d、peg无毒，优先使用在临床产品的加工过程中被。缺点：缺点：a、peg比其他沉淀剂更难从蛋白质溶液中除去为此需用超滤和液-液萃取来解决；b、价格较昂贵。溶解度是一个平衡特性，但是溶解度值的降低是一个动力学过程。当体系变得不稳定以后，分子互相碰撞并产生聚集作用。通常认为相互碰撞由下面几种运动引起：a、热运动（brownian运动）；b、对流运动，由机械搅拌产生；c、差示沉降，由颗粒自由沉降速度不同造成的。第a、b两种机理在蛋白质沉淀中起主导作用，第种机理在沉降过程中起主导作用(如在废水处理中)。异向聚集：由brownian运动所造成的碰撞导致。同向聚集：而由对流运动所造成的碰撞导致。沉淀过程步骤：沉淀过程步骤：a、初始混合，蛋白质溶液与沉淀剂在强烈搅拌下混合；b、晶核生成，新相形成，产生极小的初始固体微粒；c、扩散限制生长，晶核在brownian扩散作用下生长，生成亚微米大小的核，这一步速度很快；d、流动引起的生长，这些核通过对流传递（搅拌）引起的碰撞进一步生长，产生絮体或较大的聚集体，这一步是在较低的速度下进行的。e、絮体的破