实验8酶的分离纯化课件

酶的概念：酶是生物催化剂，是活细胞合成的具有高度催化效率和高度特异性的一类蛋白质。知识回顾酶的概念：知识回顾1酶促反应的特点

它遵守一般催化剂的共同性质：

1.在化学反应前后都没有质和量的改变；

2.只能促进热力学上允许进行的反应；

3.只能加速可逆反应的速率，而不能改变反应的平衡点，即不改变反应的平衡常数。

4.酶和一般催化剂都是通过降低反应活化能而使反应速率加快。酶促反应的特点2酶不同于一般催化剂的特点：（一）酶的催化效率极高通常比非催化反应高108～1012倍；比一般催化剂高107～1013倍。过氧化氢分解反应所需活化能酶不同于一般催化剂的特点：过氧化氢分解反应所需活化能3实验8酶的分离纯化课件4（二）酶具有高度特异性1．绝对特异性：有的酶只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应生成特定结构的产物，称之为绝对特异性（absolutespecificity）。2．相对特异性：大多数酶作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的选择性称为相对特异性（relativespecificity）。（二）酶具有高度特异性5绝对特异性绝对特异性6相对特异性

图5-9蔗糖酶的水解作用相对特异性73．立体异构特异性：一些酶仅能催化一种立体异构体进行反应，或其催化的结果只产生一种立体异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异性（stereospecificity）。

图5-11乳酸脱氢酶的立体异构特异性3．立体异构特异性：一些酶仅能催化一种立体异构体进行反应，或8主要内容

单底物酶处反应动力学酶的分离纯化主要内容9单底物酶促反应动力学

酶动力学是研究酶促反应的速度问题，即研究各种因素对酶促反应速度的影响。酶动力学理论与实验在生物化学领域，特别在酶学研究中，有十分重要的作用。例如，根据某些因素对酶促反应速度的影响，可推断该酶促反应的机制。又例如，要准确测定酶活力单位，就需要对最佳反应条件及各种因素的影响进行研究。酶促反应有单底物反应和多底物反应之分。单底物酶促反应包括异构酶、水解酶及大部分裂合酶催化的反应。单底物酶促反应动力学酶动力学是研究酶促反应的速度问题，即10各种因素对酶反应速度的影响2、底物浓度3、pH（最适pH的概念）4、温度（最适温度的概念）5、激活剂6、抑制剂1、酶浓度当S足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=k[E]各种因素对酶反应速度的影响2、底物浓度1、酶浓度当S足够过量11第一节动力学方程推导酶反应的基本动力学关系，是指酶反应速度与酶和底物间的动力学关系。因为酶和底物是构成酶反应系统最基本的因素，它们决定酶反应的基本性质、酶反应的速度规律，而其他各种因素也正是通过它们产生影响的；而且，这种动力学关系是整个酶反应动力学的基础。描写这种基本动力学关系的是米氏方程(Michaelis-Mentenequation)。v=vmax[S]/(Km+[S])第一节动力学方程推导酶反应的基本动力学关系12单分子酶促反应的米氏方程及Km推导原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照“稳态平衡”假说的设想进行推导。米氏方程:米氏常数:单分子酶促反应的米氏方程及Km推导原则：从酶被底物饱和的现象13米氏方程的推导令：将（4）代入（3），则：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：则：(1)经整理得：由于酶促反应速度由[ES]决定，即，所以(2)将（2）代入（1）得：(3)当酶反应体系处于恒态时：当[Et]=[ES]时，(4)所以

米氏方程的推导令：将（4）代入（3），则：[ES]生成速度：14酶反应速度与底物浓度的关系曲线酶反应速度与底物浓度的关系曲线15当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比。[S]VVmax目录当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比。[S]VVmax目16随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速。[S]VVmax目录随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速。[S]VVmax17当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度。[S]VVmax目录当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度。[S]V18第二节实验数据的处理

—分析酶促反应速度的作图法一、Lineweaver-Burk法(双倒数作图法)

将实验所得的一些初速度数据v和[S]取倒数，得各种1/v和1/[S]，将1/v对1/[S]作图，得一直线。该直线纵截距＝1/Vmax，斜率＝Km/Vmax，横截距＝-1/Km。应用双倒数作图法处理实验数据求Km和Vmax等动力学常数比较方便，也是最广泛应用的一种方法，但欲要获得较准确的结果，实验时必须注意底物浓度范围，一般所选底物浓度需在Km附近。第二节实验数据的处理

—分析酶促反应速度的作图法一、191.下图是根据[S]在0.33～2.0Km范围时的实验结果而作的双倒数图，从此图可准确地测量出-1/Km和1/Vmax等。[S]在0.33～2.0Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。1.下图是根据[S]在0.33～2.0Km范围时的实验结果而202.如果所选底物浓度比Km大得多，则所得双倒数图的直线基本上是水平的。这种情况虽可测得1/Vmax

，但由于直线斜率近乎零，-1/Km则难以测得。[S]在3.3～20Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。2.如果所选底物浓度比Km大得多，则所得双倒数图的直线基本上213.如果[S]比Km小得多，则所作双倒数图的直线与两轴的交点都接近原点，使-1/Km和1/Vmax

，都难以测准。[S]在0.033～0.2Km的范围的实验结果而作出的双倒数图。3.如果[S]比Km小得多，则所作双倒数图的直线与两轴的交点22二、其它线性作图法1.Hanes-Woolf作图法即把米氏方程重排成线性方程二、其它线性作图法232.Woolf-Augustinsson-Hofstee作图法将米氏方程重排为线性方程：2.Woolf-Augustinsson-Hofstee作图243.Eadie-Scatchard作图法将米氏方程重排为线性方程3.Eadie-Scatchard作图法25以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使[S]比Km高得多或低得多。上述几种线性作图法各有其优缺点。双倒数作图法应用最广泛。但此法有两个缺点：第一，在v～[S]图上，由相等增值而给出的等距离各点，在双倒数图上变成非等距离的点，且多数点集中在1/v轴附近，而远离1/v轴的地方只有少数几个点，恰好这些点又正是主观目测以确定直线最权重的那些点。第二，在测定v时产生的小误差，当取倒数时会放大。在低底物浓度下更为敏感，因在高1/[S]值所得的一两个不准确的点，会给图的斜率带来显著误差。第一个缺点可通过选择适当的[S]，使1/[S]为等距离增值而得到克服。对第二个缺点关键要注意在低底物浓度下使所测初速度误差尽可能减小。以上三种作图法也应注意选择底物浓度，不要使[S]比Km高得多26[S]/v对[S]作图，[S]未取倒数。另两个线性作图法，v未取倒数。前者对等距离[S]增值所测数据作图较双倒数法更优越。后者在低底物浓度下测定误差较大时使用，比其它方法更可靠。三、Eisenthal-Cornish-Bowden作图法这是根据米氏方程的性质而提出的一种直接作图法。该法是把[S]值标在横轴的负半轴上，而把测得的v值标在纵轴上，然后把相应的v和[S]连成直线，这样所得的一簇直线交于一点，该交点坐标为Km和Vmax。[S]/v对[S]作图，[S]未取倒数。另两个线性作图法，v27Lee和Wilson改良双倒数方程对数据的处理改良的双倒数方程形式与双倒数方程相似，为其中是t这一段时间内的平均速度；为反应过程中底物浓度的算术平均值。由于积分方程对任何反应程度的数据处理都是准确的处理实验数据的准确性如何，用可以通过与对比：Lee和Wilson改良双倒数方程对数据的处理其中是t这一段28从以上计算可以看出，用改良的双倒数方程作图法处理实验数据时，即使反应已进行到30％，所引入的误差也不过1％左右。很明显，如果所有酶是饱和的，而且反应显著不可逆，而且没有产物抑制的情况，用改良双倒数法处理实验数据来测定Km和Vmax，可获得准确结果。如有必要，可用捕获剂或偶联酶使产物不断移去，迫使反应不可逆，并使产物抑制成为最小。从以上计算可以看出，用改良的双倒数方程作图法处理29酶促反应速度的测定与酶的活力单位1、测定酶促反应的速度必需测初速度2、酶活力3、酶活力的表示方法4、酶活力测定方法：终点法动力学法

检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量”（质量、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量，即用酶的活力表示。

酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。酶促反应速度的测定与酶的活力单位1、测定酶促反应的速度必需测30酶活力测定方法

终点法:酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。

动力学法:连续测定反应过程中产物\底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。酶活力测定方法终点法:酶反应进行到一定时间后31

酶活力的表示方法活力单位（activeunit）

习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/

单位时间国际单位（IU）:1μmoL变化量/

分钟

Katal（Kat）：1moL变化量/

秒比活力=总活力单位总蛋白mg数=U(或IU)mg蛋白量度酶催化能力大小转换系数（Kcat）底物（μmoL）/秒·每个酶分子量度酶纯度比活力（specificactivity）量度转换效率酶活力的表示方法活力单位（activeunit）比活力32第四节酶的分析和检测一、酶促反应初速度随[Et]的变化酶促反应的初速度随[Et]的变化而变化。通常在离体测定条件下，[Et]一般为10-12～10-7mol/L，而[St]为10-6～10-2mol/L。可将米氏方程转变为以下形式：这样，当[S]为常数时，则初速度v与[Et]成正比。但一个酶促反应速度，常因[S]的改变而改变。因此反应时间必须尽可能短，使[S]几乎处于恒态(即只有5％以下的底物形成产物)，才能得到真正的初速度，v与[Et]之间的关系才会是线性的。第四节酶的分析和检测一、酶促反应初速度随[Et]的变化这33二、酶活力单位和比活力是指酶在一定作用条件下，单位时间内，使底物转化的量或产物生成的量。也就是说，酶量的多少是采用其催化能力来度量；换句话说，是采用酶催化反应的速度来度量，因为在适当的条件下，v∝[E]。

为了使酶单位的文献报道能统一，并具有可比性，国际酶学会议曾制订了一个标准单位：在特定条件下，1分钟内能转化1微摩尔底物所需的酶量为一个酶单位。所谓特定条件，温度定为25℃，pH、底物浓度等其它条件均定为最适条件。该酶单位称为国际单位〔IU)。酶制剂中的酶量一般用U/mg或U/ml等表示。酶的比活力(specificactivity)是指每毫克蛋白中所含的酶单位数，用U/mg蛋白表示。二、酶活力单位和比活力34三、酶的转换数转换数可用两种方法表示。其一是以分子活性(molecularactivity)来定义，即在最适条件下、每摩尔酶每分钟所转变的底物摩尔数(即每微摩尔酶的酶单位数)。其二是许多酶为寡聚体。含几个亚基，因此可用另一种方式来表示转换数，即在最适条件下，每摩尔活性亚基或催化中心每分钟所转变的底物摩尔数。这两个值有时简单以min-1表示，即：酶的kp值约在50～107min-1。碳酸酐酶是己知转换数最高的酶之一(36×106min-1)。1/kp=1.7μsec，即该酶一个催化周期为1.7微秒。三、酶的转换数酶的kp值约在50～107min-1。碳酸酐酶35第五节酶促反应的稳态前动力学一、快反应技术酶促反应动力学研究有两条途径：一是稳态动力学。它是监测整个反应，得到关于反应的笼统信息。二是稳态前动力学，它能更直接地研究整个反应中的基本步骤或部分反应，提供可用于分析复杂反应机制的更有效的数据，但需要特殊的仪器来测量快反应。所谓快反应，是相对于普通的混合和观察方法所需要的时间而言。完成总反应量的一半，即所谓反应半时间，为秒或更短时间，则属快反应。采用手工混合启动反应，用普通的分光光度计等仪器所能测量的反应半时间为分和小时。而酶促反应常常是反应半时间短于一秒的快反应，采用普通方法是不行的。限制仪器测定能力的主要因素有：混合样品并充满反应池所需的时间，观察和记录变化所需的第五节酶促反应的稳态前动力学一、快反应技术36时间。快速反应动力学技术因此应运而生，并得到不断发展。目前，甚至已能测定反应半时间与分子振动和转动所需时间相当的反应。化学反应半时间不可能短于10-11秒，故可认为已没有哪个化学反应是快得无法测定的。流动法和弛豫法，是为研究溶液中快反应动力学而建立起来的方法。前者包括常流法、加速流动法、停流法和淬灭法；后者包括温度、压力、电磁场的跳变或周期性变化法等。由于这些方法采用与停流相似的液体处理系统和相同的快响应探测和数据采集系统，所以常在一台仪器上更换相应的附件实施上述多种测量，构成组合式仪器。时间。快速反应动力学技术因此应运而生，并得到不断发展。目前，37酶的分离纯化酶的分离纯化38酶分离纯化的目的

酶分离纯化的目的是使酶制剂产品达到应用所需的纯度。酶分离纯化的目的酶分离纯化的目的是使酶制剂产品达到应用39分离纯化过程包括3个基本步骤：

1抽提

2纯化

3制剂分离纯化过程包括3个基本步骤：

1抽提

2纯化

3制40Crudeproductconcentrationversussellingprice(Dwyer,1984)Crudeproductconcentrationve41某些生化物质在原料液中的

浓度与价格的关系(1984年)

某些生化物质在原料液中的

浓度与价格的关系(1984年)42在分离纯化中必须注意：

1防止酶的变性失活；

2在分离纯化过程中的每一步都

应检测酶的活性，以确定酶的

纯化程度和回收率。在分离纯化中必须注意：

1防止酶的变性失活；

243第一节酶活力的测定几个名词

1酶活力或酶活性 2酶活力单位 3mol催化活性（分子活性）和转换 数（催化中心活力) 4酶的比活力第一节酶活力的测定几个名词44酶活力（又称酶活性）

(enzymeactivity)（IU/g或IU/mL)

指酶催化一定化学反应的能力；用在一定条件下，所催化的反应初速度来表示；是研究酶的特性，酶制剂生产应用以及分离纯化时的一项必不可少的指标。酶活力（又称酶活性）

(enzymeactivity)（45酶活力单位(enzymeactivityunit)

表示酶活力大小的尺度；

一个国际单位（IU）是指在特定条件下（25

0C），每分钟内转化1mol底物或催化形成1mol产物所需的酶量

一个Kat是指每秒钟内转化1mol底物所需的酶量，1Kat=6107IU。酶活力单位(enzymeactivityunit)

46mol催化活性（分子活性）和

转换数（催化中心活力）

mol催化活性是指单位时间内，每个酶分子所转换的底物分子数目；转换数（Kcat)是指酶分子中每个活性中心所转换的底物分子数目。如果酶分子中只有一个活性中心，那么mol催化活性与转换数相等，如果酶分子中含有n个活性中心，那么转换数则为mol催化活性除以n。mol催化活性（分子活性）和

转换数（催化中心活力）

47酶的比活力

（specificactivity)

酶的比活力是酶纯度的量度，是指单位重量酶蛋白所具有的酶活力，单位为IU/mg。比活力越大，酶纯度越高。酶的比活力

（specificactivity)

酶48酶活力的测定方法：１终止反应法２和连续反应法。实验8酶的分离纯化课件49终止反应法

在恒温反应系统中，每隔一定时间，取出一定体积的反应液，用强酸强碱或SDS以及加热等使反应立即停止，然后用化学法、放射性化学法或酶偶联法分析产物的形成量或底物的消耗量。这是最经典的酶活力测定方法，几乎所有的酶都可以根据这一原理设计出具体的测定方法。终止反应法

在恒温反应系统中，每隔一定时间，50连续反应法

无须终止反应，而是在酶反应过程中用光化学仪器或电化学仪器等来监测反应的进行情况，对记录结果进行分析，然后计算出酶活力。连续反应法

无须终止反应，而是在酶反应过程中用51酶不可逆失活的原因和机理酶不可逆失活的原因和机理52蛋白质（酶）的失活机理蛋白质（酶）的失活机理53蛋白质不可逆失活的原因蛋白酶水解或自溶作用表面活性剂和去垢剂聚合作用氧化作用机械力变性剂重金属离子和巯基试剂冷冻和脱水热极端pH蛋白质不可逆失活脲和胍高浓度盐螯合有机溶剂辐射作用蛋白质不可逆失活的原因蛋白酶水解表面活性剂聚合作用氧化作用机54蛋白质的稳定化蛋白质的稳定化55蛋白质稳定化蛋白质稳定化途径如何防止蛋白质的可逆伸展如何防止蛋白质不可逆失活反应发生蛋白质稳定化蛋白质稳定化途径如何防止蛋白质的可逆伸展如何防止56稳定蛋白质（酶）的方法稳定蛋白质（酶）的方法57酶分离的一般流程

原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性酶分离的一般流程原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物58第二节酶溶液的制备第二节酶溶液的制备59酶溶液的制备：

把酶从生物原料中抽提出来，作成酶溶液

酶溶液的制备包括：材料预处理及细胞破碎、抽提、净化脱色、抽体液的浓缩等几个步骤。

酶溶液的制备：

把酶从生物原料中抽提出来，作成酶溶液

60一、材料预处理及细胞破碎

材料预处理：酶蛋白在细胞内外的分布有三种情况：胞外酶，胞内酶（溶酶和晶酶）。一、材料预处理及细胞破碎

材料预处理：酶蛋白在细胞内外的分61微生物胞外酶

可以用盐析或有机溶剂沉淀等从发酵液中沉淀成酶泥

胞内酶

要先收集菌体，经细胞破碎后提取微生物胞外酶

可以用盐析或有机溶剂沉淀等从发62动物材料

应先剔除结缔组织和脂肪组织等

植物材料

应去皮等以免单宁等物质着色污染动物材料

应先剔除结缔组织和脂肪组织等

植63细胞破碎：

物理和化学两大类方法细胞破碎：

物理和化学两大类方法641、物理破碎：

—研磨（手磨，球磨和石磨），

—机械捣碎（匀浆器和高速组织捣碎器等），

—高压法，

—爆破性减压法，

—专用波振荡，

—快速冷冻融化法等。1、物理破碎：

—研磨（手磨，球磨和石磨），

652、化学破碎：

—渗透作用

—自溶：

—酶处理

—表面活性剂2、化学破碎：

—渗透作用

—自溶：

—66（I）渗透作用

将指数生长期的菌体用缓冲液洗净，并悬浮于含蔗糖和EDTA的稀Tris缓冲液中，离心，加入MgCl2剧烈搅拌，可使一些水解酶从细胞内释放出来。

（I）渗透作用

将指数生长期的菌体用缓冲液洗净，并67（II）自溶

向菌体中加入醋酸乙酯，甲苯，乙醚以及氯仿，使细胞渗透性改变保持一定时间后可以使细胞自溶；（II）自溶

向菌体中加入醋酸乙酯，甲苯，乙醚以及68（III）酶处理

用溶菌酶专一性地分解原核微生物细胞壁，使胞内酶释放（III）酶处理

用溶菌酶专一性地分解原核微生物细69（IV）表面活性剂

膜结合的晶酶在细胞破碎后很难溶解，常借助于表面活性剂与脂蛋白形成微泡，使之溶解。（IV）表面活性剂

膜结合的晶酶在细胞破碎后很难溶70二、抽提—大多数酶蛋白是属于球蛋白，因此，可用稀盐、稀碱或稀酸的水溶液进行抽提；—抽提液的具体组成和抽提条件的选择取决于酶的溶解性、稳定性以及有利于切断酶与其它物质的连结。二、抽提711、提取的主要方法：

（1）盐溶液提取

（2）酸溶液提取

（3）碱溶液提取

（4）有机溶剂提取

1、提取的主要方法：

（1）盐溶液提取

（2）酸溶液提取

722、酶提取过程的注意事项

——pH的选择

——盐的选择

——温度的选择

——抽提液用量

——其它

2、酶提取过程的注意事项

——pH的选择

——盐73pH的选择

——首先考虑酶的稳定性；其次应

远离等电点；一般选择pH4-6

为宜。pH的选择

——首先考虑酶的稳定性；其次应

远离等74盐的选择

——大多数酶在低浓度的盐溶液

中有较大的溶解度，一般选

择等渗盐溶液，如0.02-0.05

mol/L的磷酸缓冲液或0.15

mol/L的NaCl等。盐的选择

——大多数酶在低浓度的盐溶液

75温度的选择

——一般控制在0-40C，如果酶

比较稳定可以例外。温度的选择

——一般控制在0-40C，如果酶

76抽提液用量

——常采用材料量的1-5倍抽提液用量

——常采用材料量的1-5倍77其它

——加入蛋白酶抑制剂、半胱

氨酸或细胞色素C等，来

稳定抽提系统。其它

——加入蛋白酶抑制剂、半胱

氨酸或细78三、酶溶液的絮凝、净化与脱色三、酶溶液的絮凝、净化与脱色79絮凝

——由于发酵液黏度较大，细胞表面电荷排

斥以及多糖蛋白质等大分子物质形成的

水化层等给酶溶液的离心或过滤带来困

难；因此要用絮凝剂进行处理。

——絮凝剂：多种类型

无机：如醋酸钙和磷酸钙等

有机：如聚丙烯酰胺等

天然高分子：如壳多糖等絮凝

——由于发酵液黏度较大，细胞表面电荷排

斥以80过滤或离心净化

——通过絮凝剂处理后的酶溶液经过离心或过滤将细胞碎片等固性物和杂蛋白，粘多糖，核酸以及脂类等大分子物质去除。过滤或离心净化

——通过絮凝剂处理后的酶溶液经过离心或过滤81脱色

——酶的工业生产中，常用的脱色剂为活性炭，活性炭通过吸附色素而脱色；活性炭用量一般为0.1%-1.5%。脱色

——酶的工业生产中，常用的脱色剂为活性炭，活性炭通过82四、酶溶液的浓缩

—冷冻干燥法

—蒸发法：

—超过滤法：

—胶过滤法：

—干燥四、酶溶液的浓缩

—冷冻干燥法

—蒸83冷冻干燥法

——先将酶溶液冻成固体，然后在真空状态下使水分子从固体表面直接升华。冷冻干燥法

——先将酶溶液冻成固体，然后在真空状态下使水分84蒸发法

——目前工业上采用较多的是薄膜蒸发法，在高度真空状态下使酶溶液转变为极薄的液膜，通过加热而迅速汽化，经旋风式汽液分离器达到浓缩的目的。蒸发法

——目前工业上采用较多的是薄膜蒸发法，在高度真空状85超过滤法

——将酶溶液通过只允许小分子物质通过的微孔滤膜，大分子的酶蛋白被截留而达到浓缩的目的。超过滤法

——将酶溶液通过只允许小分子物质通过的微孔滤膜，86胶过滤法

——利用SephadexG-250或G-50吸水膨胀，而酶蛋白被排阻在胶的外面。胶过滤法

——利用SephadexG-250或G-50吸87其它方法

——吸水剂如用聚乙二醇(PEG)处理小量样品。其它方法

——吸水剂如用聚乙二醇(PEG)处理小量样品。88干燥

——将固体、半固体或浓缩液中水分（或其他溶剂）除去一部分，以获得含水量较少的固体过程。

——方法：真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥、气流干燥、吸附干燥干燥

——将固体、半固体或浓缩液中水分（或其他溶剂）除去一89第三节酶分离纯化的基本过程第三节酶分离纯化的基本过程90一、酶分离纯化方法的选择

目前酶的分离纯化方法都是根据酶与杂蛋白的性质差异而建立的，在选择分离纯化方法时，要考虑以下几个方面：—首先对待纯化的酶的理化性质有比较全面的了解；—以酶活力和比活力为标准，判断所选择的方法是否得当；—严格控制操作条件，防止酶的变性失活。一、酶分离纯化方法的选择目前酶的分离纯化方法都91选择生物分离方法的依据

1物理化学性质

2生物体系的特性

3能用作分离和纯化依据的蛋白质性质选择生物分离方法的依据

1物理化学性质

2生物体系的特92

1.物理化学性质分子大小、分子量、分子体积、极性、偶极矩、熔点、沸点、汽化热、离子电荷、溶解度参数、折射率、表面张力、介电常数、密度、粘度、酸碱强度、pK值、等电点(pI)等等。物质之间得以分离的主要依据就是组分间的物化性质的差异。在涉及具有生物活性物质的体系中，有关这方面的数据与化工产品相比要少得多，严重影响了生物分离过程的有效进行。因此，生物体系的物化性质的研究应成为一个重点。1.物理化学性质分子大小、分子量、分子体积932.生物体系的特性对一些有生物活性的物质，不是能够用一般的物化性质来表达的，这就需要了解这些物质的生物特性，特别要知道影响生物特性变化的条件和这些物质失活的因素，包括溶剂、pH值、温度等等。这种保持生物质特性不至于改变的措施就是所谓的稳定性维持。2.生物体系的特性对一些有生物活性的物质，不943.能用作分离和纯化依据的蛋白质性质能从混合物中分离和纯化出一种蛋白质是因为不同蛋白质有着不同的物理和化学性质。这些性质是由于蛋白质的氨基酸数目和序列不同造成的。连接在多肽主链上的氨基酸残基可以是带正电荷的或带负电荷的、极性的或非极性的、亲水性的或疏水性的。此外，多肽可折叠成非常确定的二级结构(

螺旋、

折叠和各种转角)和三级结构，形成独特的大小、形状和残基在蛋白质表面的分布状况。利用待分离蛋白质与混合物中其它蛋白质之间在性质上的差异，即能设计出一组合理的分级分离步骤。3.能用作分离和纯化依据的蛋白质性质能从混合物中分95酶分离纯化方法

—根据分子大小建立的分离纯化方法

—根据溶解度建立的分离纯化方法

—根据电荷性质建立的分离纯化方法

—根据亲和作用建立的分离纯化方法

—根据稳定性差异建立的分离纯化方法

．．．．．．酶分离纯化方法

—根据分子大小建立的分离纯化方法

96一、根据分子大小建立的分离纯化方法

——透析

——超过滤

——离心

——凝胶过滤等。一、根据分子大小建立的分离纯化方法

971、透析(Dialysis)法：

过程：将酶溶液装入透析袋中，放入蒸馏水或稀缓冲液中，小分子物质通过透析袋进入水或缓冲液中，而蛋白质被截留在透析袋中；

透析袋类型：有两种，再生纤维素膜透析袋和纤维素酯透析袋。有多种型号和规格，主要参数是分子量截留值（

1102D）；商品名为spectrapor等。

透析袋的预处理：干燥的透析袋在制备过程中曾用10%甘油处理过，只要浸泡湿润和蒸馏水洗涤即可使用；必要时可用10mmol/L碳酸氢钠，50%乙醇和10mmol/LEDTA处理后，再用蒸馏水洗涤。1、透析(Dialysis)法：

过程：将酶溶液装入透98透析袋酶溶液蒸馏水透析袋酶溶液蒸馏水99透析装置和过程透析装置和过程1002、超过滤

利用压力或离心力强行使溶质按大小形状的差异分开，将所需的酶分子被滤膜截留，而其它较小的分子随溶剂被压到膜的另一侧。2、超过滤

利用压力或离心力强行使溶质按大小形状的101超滤膜——制备超滤膜的材料多是高分子聚合物（如聚砜类，聚四氟乙烯等；目前有圆形和卷式等多种超滤膜类型；主要参数是截留分子量，耐受压力和滤速和有效过滤面积等；主要商品型号有AmiconDiaflo系列等。

超滤器类型——有管式，中空纤维式，螺旋卷绕式和平板式四种类型。超滤膜——制备超滤膜的材料多是高分子聚合物（如聚砜类，聚四氟102加压酶溶液超滤膜支持栅板超滤液超滤装置加压酶溶液超滤膜支持栅板超滤液超滤装置1033、离心法

——离心是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小和不同密度的物质分开的技术。3、离心法

——离心是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不104

（1）离心机的种类和用途

（2）沉降系数S

（3）离心方法的选择

差速离心

密度梯度离心

等密度离心

（4）离心条件的确定

离心力

离心时间

离心温度和pH值

（1）离心机的种类和用途

（2）沉降系数S

（3）离心方105梯度离心密度梯度在离心管内的分布是管底的密度最大,向上逐渐减小蔗糖便宜，纯度高，浓溶液（60％，w/w）密度可达1.28g/cm3。聚蔗糖的商品名是Ficoll，它是由蔗糖和1-氯-2,3-环氧丙烷合成的高聚物，Mr约400000。需要高密度和低渗透压的梯度时，可用Ficoll代替蔗糖。梯度离心密度梯度在离心管内的分布是管底的密度最大,向上逐渐减1064、凝胶过滤法

原理：又称分子筛层析，在层析柱中填充凝胶介质，加入待分离的酶溶液，然后用适当的缓冲液洗脱，样品自上而下扩展，大于凝胶孔径的分子不能进入胶粒内部而从胶粒间空隙扩展，下移速度较快，而小于凝胶孔径的分子进入胶粒内部，下移速度较慢，经过一定时间后不同大小分子按先大后小的顺序从层析柱中流出。4、凝胶过滤法

原理：又称分子筛层析，在层析柱中填充凝胶介107凝胶过滤凝胶过滤108凝胶过滤凝胶过滤109TubesmarchinfromleftA280Fraction#TubesmarchinfromleftA280F110部分使用的担体目前使用最广泛的担体材料：※交联后的葡聚糖凝胶※聚丙烯酰胺※琼脂

※其它物料部分使用的担体目前使用最广泛的担体材料：111二、根据溶解度建立的分离方法

1、盐析(SaltingOut)法

2、降低介电常数法（有机溶剂沉淀

法）

3、等电点沉淀法

4、共沉淀法

5、选择性沉淀法：二、根据溶解度建立的分离方法

1、盐析(SaltingO1121、盐析法

最常用的是硫酸铵。盐浓度以饱和度表示，饱和盐溶液的饱和度为100%。调整盐浓度有两种方法：加入饱和硫酸铵溶液（蛋白质溶液体积不大时）和直接加入固体硫酸铵（蛋白质溶液体积较大时）。

加入饱和硫酸铵：100ml溶液中，由饱和度S1变为S2，应向其中加入的饱和硫酸铵溶液的ml数V=V0（S1-S2）/（1-S2）。

直接加入固体硫酸铵可以直接查“调整硫酸铵溶液饱和度计算表”。1、盐析法

最常用的是硫酸铵。盐浓度以1132、降低介电常数法

（有机溶剂沉淀法）

降低介电常数方法在酶溶液中加入与水互溶的有机溶剂，可以降低介电常数，使酶分子间的静电引力增加而发生沉淀。2、降低介电常数法

（有机溶剂沉淀法）

降114影响介电常数的主要因素：

——温度

——有机溶剂

——离子强度

——pH值：影响介电常数的主要因素：

——温度

——有115温度：

——在0℃下进行操作；有机溶剂必须冷至-15~-20℃，边搅拌边缓慢加入，沉淀析出后迅速离心分离，并用预冷缓冲液溶解沉淀。温度：

——在0℃下进行操作；有机溶剂必须冷至-15~-116

有机溶剂：

——常用的有机溶剂有丙酮，乙醇，甲醇，异丙醇等

有机溶剂：

——常用的有机溶剂有丙酮，乙醇，甲醇，异丙醇117离子强度

——大多数中性盐在低浓度时能增加酶蛋白的溶解并减少变性，在有机溶剂沉淀中加入5~10%（<0.05mol）的硫酸铵有助于提高分辨率。离子强度

——大多数中性盐在低浓度时能增加酶蛋白的溶解并减118

pH值

——尽可能接近酶的等电点pI

pH值

——尽可能接近酶的等电点pI1193、等电点沉淀法

——酶在等电点处容易发生沉淀

3、等电点沉淀法

——酶在等电点处容易发生沉淀

1204、共沉淀法

——一些大分子非离子型聚合物如聚乙二醇（PEG）,聚乙烯亚胺（PEI）单宁酸，硫酸链霉素以及表面活性剂（SDS）等在一定条件下可以直接或间接与蛋白质形成络合物而沉淀析出,再用适当的方法使酶溶解出来。4、共沉淀法

——一些大分子非离子型聚合物如聚乙二醇（PE1215、选择性沉淀法：有些多聚电解质可以在极低浓度下选择性地与某些酶结合而形成沉淀。如聚丙烯酸（PAA）可以与某些蛋白酶，溶菌酶和磷酸酯酶等形成沉淀。分离过程如下：PAA+酶酶PAA-酶+Ca2+PAA-Ca2++酶PAA-Ca2++SO4

2-CaSO4+PAA5、选择性沉淀法：有些多聚电解质可以在极低浓度下选择性地与某122三、按蛋白质电荷性质设计的分离方法

1、吸附法

（1）物理吸附法

（2）羟基磷灰石法

（3）离子交换吸附法-离子交换色谱法

2、电泳法

（1）区带电泳

（2）等点聚焦电泳

（3）高效毛细管电泳

（4）聚焦层析三、按蛋白质电荷性质设计的分离方法

1、吸附法

（1123（1）物理吸附法(不介绍)（1）物理吸附法(不介绍)124（2）羟基磷灰石法——羟基磷灰石是一种微晶型磷酸钙；一般认为其表面的钙离子和磷酸根离子与蛋白质带相反电荷的基团发生相互作用；在低盐和弱酸或中性条件下进行吸附；洗脱时提高离子强度；多采用柱层析方式进行。（2）羟基磷灰石法125

（3）离子交换吸附法

——离子交换色谱法

——利用带电荷的离子交换剂为载体，将带相反电荷的蛋白质吸附，然后在一定条件下洗脱下来。

（3）离子交换吸附法

——离子交换色谱法

—126离子交换层析过程：

—离子交换剂的预处理

—平衡

—装柱

—加样吸附

—洗脱

—洗脱液收集与相应检测

—离子交换剂的再生离子交换层析过程：

—离子交换剂的预处理

—平衡

127离子交换剂

——一般由高分子支持介质（母体）和功能基团（离子交换基）两部分组成。离子交换剂

——一般由高分子支持介质（母体）和功能基团（离128离子交换剂应满足下列要求：（1）有高度的不溶性，即在各种溶剂中进行交换时，交换剂不发生溶解（2）有疏松的多孔结构或巨大的表面积，使交换离子能在交换剂中进行自由扩散和交换（3）有较多的交换基团（4）有稳定的物理化学性质，在使用过程中，交换剂不能因物理或化学因子的变化而发生分解和变形等现象。离子交换剂应满足下列要求：129离子交换剂的3种类型

——根据高分子支持介质的性质

——离子交换树脂

——离子交换纤维素

——离子交换球型多糖(如葡聚糖凝胶

和琼脂糖凝胶等)。离子交换剂的3种类型

——根据高分子支持介质的性质

—1302、电泳法

——在直流电场中，由于各种蛋白质分子所带电荷不同，移动速度不同，形成各自的区带，用显色剂如CoomassieBlue染色后，可以在支持物上看到蛋白质的颜色谱带，每条带代表一种蛋白质。2、电泳法

——在直流电场中，由于各种蛋白质分子所带电荷不131基本原理蛋白质是两性电解质，在一定pH下，可解离成带电荷的离子，在电场作用下可以向与其电荷相反的方向的电极泳动，泳动速度主要取决于蛋白质分子所带电荷的性质、数量及颗粒的大小和形状。基本原理蛋白质是两性电解质，在一定pH下，可132由于各种蛋白质的等电点（pI）不同，分子量不同，在同一个pH缓冲溶液中所带电荷不同，故在电场中的泳动速度也不同，利用此性质，可将混合物中不同蛋白质分离开，也可用其对样品的纯度进行鉴定。由于各种蛋白质的等电点（pI）不同，分子量不同，在同133双向电泳-1双向电泳-1134双向电泳-2双向电泳-2135双向电泳-3双向电泳-3136电泳法

（1）区带电泳

（2）等点聚焦电泳

（3）高效毛细管电泳

电泳法

（1）区带电泳

（2）等点聚焦电泳

（3）高效毛细137（1）区带电泳

——在惰性支持物上进行电泳时样品中各组分迁移速度不同而分布成区带的一类电泳分离方法

——按支持物的物理性状可分为3种类型：

—膜电泳

—粉末电泳

—凝胶电泳（1）区带电泳

——在惰性支持物上进行电泳时样品中各组分138膜电泳

——以滤纸、聚酰胺薄膜，醋酸纤维薄膜等为支持物的一类电泳分离方法。膜电泳

——以滤纸、聚酰胺薄膜，醋酸纤维薄膜等为支持物的一139粉末电泳

——以淀粉、纤维素粉或硅胶粉等为支持物的分离方法。粉末电泳

——以淀粉、纤维素粉或硅胶粉等为支持物的分离方法140凝胶电泳

——以聚丙烯酰胺为支持物，兼有分子筛效应。

凝胶电泳

——以聚丙烯酰胺为支持物，兼有分子筛效应。

141区带电泳的优点分辨率较好设备简单操作方便区带电泳的优点分辨率较好设备简单操作方便142（2）等点聚焦电泳

——利用两性电解质在直流电场中形成一个连续的pH梯度，样品中各种蛋白质在各自的等电点在相应的pH区段聚集而达到分离的目的。（2）等点聚焦电泳

——利用两性电解质在直流电场中形成一个143等电聚焦电泳等电聚焦电泳144高效毛细管电泳毛细管电泳是在内径为25~100m的石英毛细管中进行电泳，毛细管中填充了缓冲液或凝胶。使用毛细管的一个优点是:它减少了由于热效应产生的许多问题，因为管的孔径小，面积与体积之比大，这样可以提高热散失，有助于消除由于热引起的扩散增加而造成的对流和区带变宽，因此管中不需要加入稳定介质即可进行自由流动电泳。高效毛细管电泳毛细管电泳是在内径为25~100m的石英毛细145实验8酶的分离纯化课件146聚丙烯酰胺凝胶电泳

聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamidegelelectrophoresis，PAGE）是以聚丙烯酰胺作为支持物的一种电泳方法。PAGE方法成了研究蛋白质和核酸等大分子物质的重要工具之一.聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacryla147实践中可根据不同目的选择所需的类型。一般单向PAGE多用于分离具有活性的生物物质，而双向或梯度PAGE则宜用于较难分离鉴别的生物大分子物质。如果在PAGE时加入适量十二烷基磺酸钠（SDS）可用于测定蛋白质的分子质量；如果PAGE与等电聚焦相结合时，可用于分析蛋白质的等电点。除这些用途外，PAGE还可用于制备少量的纯度高、有活性的生物大分子物质实践中可根据不同目的选择所需的类型。148聚丙烯酰胺凝胶具有三维网状结构，电泳颗粒通过网状结构的空隙时受到摩擦力的作用，摩擦力的大小与样品颗粒的大小呈正相关。基本原理聚丙烯酰胺凝胶丙烯酰胺（acrylamideAcr）单体（monomer）N，N-甲叉双丙烯酰胺（N,N-methylene-bisacrylamide，Bis）交联剂（crosslinker）聚合交联聚丙烯酰胺凝胶具有三维网状结构，电泳颗粒通过149原理：当向蛋白质溶液中加入足够量SDS和巯基乙醇，SDS能破坏蛋白质分子中的氢键和疏水作用，使蛋白质变性而改变原有的构象，特别是强还原剂硫基乙醇的存在，使蛋白质分子内的二硫键还原，从而保证蛋白质与SDS结合形成带负电荷的蛋白质-SDS复合物。SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳原理：当向蛋白质溶液中加入足够量SDS和巯基乙醇，SDS能破150蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中电泳时，它的迁移率取决于如果加入一种试剂消除电荷、形状等因素的影响，使电泳迁移率只取决于分子的大小，就可以用电泳技术测定蛋白质的分子量。净电荷分子的大小形状等因素蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中电泳时，它的迁移率取决于151（SDS）的主要用途是蛋白质分子量的测定蛋白质混合组分的分离