微生物蛋白的提取和分离纯化

微生物中蛋白的分离纯化用途:药物——多肽饲料——菌蛋白工业——酶

单细胞蛋白具有较门的营养价值。茵体中蛋白质可达40、60％，其中氨基酸组份齐全，生物效价较高，相当于酪蛋白，为70左右，而且赖氨酸等必需氨基酸含量较高，还具有丰富的维生素，可以作为维生案的补给品。按其所发挥的功能把小肽分为两大类,即功能性小肽和营养性小肽。功能性小肽指能参与调节动物的某些生理活动或具有某些特殊作用的小肽,如抗菌肽、免疫肽、抗氧化肽、激素肽、表皮生长因子等。营养性小肽是指不具有特殊生理调节功能,只为蛋白质合成提供氮架的小肽。目前，生物界已发现的酶有数千种，用微生物发酵法生产的酶有上百种。工业化生产的酶制剂，按用途不同可分为工业用酶和医药用酶两大类，前者一般不需纯制品，而后者要求的纯度较高，其价格是前者的数千倍至数百万倍。由微生物生产的工业用酶制剂主要有糖化酶、淀粉酶、转化酶、异构酶、半乳糖酶、纤维素酶、蛋白酶等，医药用酶主要有蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、核酸酶、脂肪酶、尿激酶、链檄酶、天冬酰胶酶超氧化物歧化酶、溶菌酶、血溶栓酶等等蛋白质的分离纯化步骤(1)生物组织的机械破碎。(2)抽提：根据蛋白质的特性，选择不同的溶剂进行抽提。水溶性蛋白用中性缓冲溶液抽提，酸性蛋白用稀碱性溶液抽提，脂溶性蛋白用表面活性剂抽提等。(3)粗提:用离心法除去固体杂质后，可通过沉淀法、膜分离法、萃取法等处理，得到蛋白质粗制品。(4)精制：可用层析法、电泳法进行精制。(5)成品加工：测定蛋白质的性质并干燥成成品。根据所需的目的蛋白制定蛋白提取和纯化的策略和步骤一般的预处理：过滤（工业生产）和离心（实验室研究）根据过滤机理的不同，过滤操作可分为澄清过滤（适合固体含量<0.1g/100ml、颗粒直径5~100µm）和滤饼过滤（适合固体含量>0.1g/100ml）两种。过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差ΔP作用下，将悬浮液中的固体粒子截留，而与液体分离的技术。过滤设备：板框过滤机，真空转鼓过滤机，错流过滤，硅藻土过滤机离心分离是利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的目的。根据离心原理，离心分离方法可分为：差速离心法,密度梯度离心法。差速离心法分别率不高，常用于常用于其他分离方法之前的粗制品提取和细胞器的分离。若要保持目的蛋白保持活性，则需要进行低温冷冻离心。预处理菌体表达的胞外酶上清（滤液）沉淀（滤饼）菌体表达的胞外酶分解培养基形成的小肽及一些氨基酸成分未分解利用的部分培养基菌体胞内匀浆：胞内表达的酶，小肽膜系结构：周质蛋白，膜蛋白细胞破碎和蛋白质溶解机械法匀浆、研磨、压榨、超声等非机械法渗透、酶溶、冻融、化学等新方法激光破碎、冷冻喷射、相向流撞击等胞外酶取预处理后的上清液（滤液），根据目的蛋白的相关性质，采用相关的方法提取纯化目的蛋白。举例：壳聚糖酶高产菌株的筛选、产酶条件的优化及壳聚糖酶的分离纯化粗酶液加入50%PEG6000至终浓度为5%4℃静置2h4000rpm离心取上清，-20℃预冻15min加入等体积-20℃的丙酮混匀，-20℃静置2h4000rpm离心取沉淀加入少量乙醚4℃真空干燥溶于醋酸缓冲液中10000rpm冷冻离心收集上清DEAE-SepharoseFF层析(（中等碱性）阴离子交换树脂)CM一SephaorseFF层析（（弱酸性）阳离子交换树脂）Supedrex一75层析（分子筛柱）SDS电泳透析后浓缩调节pH至5.6Sephaery1S一200HR层析酶活检测层析过程（1）装柱（2）平衡（equilibrium)（3）上样(loading)（4）洗涤(washing)（5）洗脱(elution)（6）清洗与再生离子交换柱特点料液处理量大，在适宜的操作条件下，分离过程具有浓缩作用；分辨率较高：优化操作条件可大幅度提高分离的选择性；所需柱长较短可在较高流速下操作；吸附作用机理明确，非特异性吸附小，产品回收率高；离子交换剂种类多，选样余地大，价格也远低于亲和吸附剂。层析条件——离子强度、pH值、流速等。主要影响样品中组分和离子交换剂的带电性质。一般来说，pH对弱酸和弱碱型离子交换剂影响较大，如对于弱酸酸型离子交换剂在pH较高时，电荷基团充分解离，交换容量大，而在较低的pH时，电荷基团不易解离，交换容量小；同时pH也影响样品组分的带电性。离子强度增大，交换容量则下降。实验中增大离子强度进行洗脱，就是要通过降低交换容量把结合在离子交换剂上的样品组分洗脱下来。离子交换柱层析的操作要点1.平衡缓冲液

2.上样

3.洗脱缓冲液

4.洗脱速度

要保证各个待分离物质（如蛋白质）的稳定；要使各个待分离物质与离子交换剂有适当的结合，并尽量使待分离样品和杂质与离子交换剂的结合有较大的差别；另外注意平衡缓冲液中不能含有与离子交换剂结合力强的离子，否则会大大降低交换容量，影响分离效果。离子交换层析上样时应注意样品液的离子强度和pH值，上样量应根据柱内离子交换剂的交换容量决定，不宜过大，从而得到较好的分离效果。首先要保证在整个洗脱液梯度范围内，所有待分离组分都是稳定的。其次是要使结合在离子交换剂上的所有待分离组分在洗脱液梯度范围内都能够被洗脱下来。洗脱液的流速也会影响离子交换层析分离效果，洗脱速度通常要保持恒定。一般洗脱速度慢比快的分辨率要好，但洗脱速度过慢会造成分离时间长、样品扩散、谱峰变宽等副作用，所以要根据实际情况选择合适的洗脱速度。如果洗脱峰相对集中某个区域造成重叠，则应适当缩小梯度范围或降低洗脱速度来提高分辨率；如果分辨率较好，但洗脱峰过宽，则可适当提高洗脱速度。洗脱按操作方式A.恒定洗脱(isocraticelution)B.分步洗脱(stageelution)C.梯度洗脱(gradientelution凝胶柱特点特点：（1）介质不带电荷,具有化学惰性，不与被分离物质发生化学反应，条件温和，不会使物质变性；（2）色谱介质不需再生,可反复便用；（3）分离效率高，回收率较高；（4）广泛应用于生物大分子的初级分离，脱盐等。（5）分辨率较低，需采用细长柱。（6）经过凝胶过滤色谱后样品被稀释，上样前需进行浓缩Sephaery1S一200HR层析SephacrylHighResolution（即SephacrylHR）系列凝胶：是由烯丙基葡聚糖通过N,N′-亚甲基双丙烯酰胺交联而成。凝胶的网孔特性由葡聚糖组分来控制，形成分级范围不同的五种类型：S100~500HR，其中，数字越大，孔径越大。特点：介质的颗粒尺寸分布较窄，柱效高（9000塔板数/米）；在机械强度、理化特性、化学稳定性及热稳定性等方面均优于传统凝胶介质由于其机械强度高，适合在高流速下进行快速分离；可以用0.5mol/LNaOH作为清洗剂在pH7时能承受121℃、30min反复高温灭菌而不会对层析效果产生明显影响其分离效果不受去污剂、促溶盐类、变性剂等影响能在多种有机溶剂存在下使用Supedrex-75层析柱

Superdex系列凝胶：是将葡聚糖与高交联度的琼脂糖颗粒共价结合而形成的。其中，琼脂糖基质决定了凝胶具有高度的理化稳定性，而葡聚糖链决定了凝胶的层析特性。cross-linkedagarosedextrancross-sectionfromSuperdex™particle根据分级范围不同，可分为若干型号。其中，数字越大，孔径越大。prepgrade颗粒较大。SuperdexpeptideSuperdex30prepgradeSuperdex75、200（prepgrade）Superdex系列凝胶是目前分辨率和选择性最高的凝胶介质之一颗粒尺寸很小，大小分布均匀，填充成层析柱后柱效非常高（最高可达30000塔板数/米），即使在很高的流速下仍能获得非常高的分辨率；在机械性能、化学稳定性及热稳定性等方面均大大优于传统凝胶介质。凝胶过滤层析的操作过程1.凝胶的选择2.装柱3.平衡（equilibrium)4.上样(loading)5.洗脱(elution)6.凝胶再生和保养平衡缓冲液应与洗脱缓冲液相同缓冲液种类、pH、离子强度和添加剂的选择应根据溶液与基质的相互作用、可溶性和样品的生化性质、以及后续操作的要求等选择。使用前通过0.45μm的膜过滤，可防止不溶性小颗粒堵塞柱子。平衡体积至少为5倍床体积。样品集中上样后，加洗脱液，防