㈠ 影響凝膠過濾分離效果的有哪些因素,為什麼
(1)層析柱的選擇
層析柱大小主要是根據樣品量的多少以及對解析度的要求來進行選擇。一般來講,主要是層析柱的長度對解析度影響較大,長的層析柱解析度要比短的高;但層析柱長度不能過長,否則會引起柱子不均一、流速過慢等實驗上的一些困難。一般柱長度不超過100cm,為得到高解析度,可以將柱子串聯使用。層析柱的直徑和長度比一般在1:25-1:100之間。用於分組分離的凝膠柱,如脫鹽柱由於對解析度要求較低,所以一般比較短。
(2)凝膠柱的鑒定
凝膠柱的填裝情況將直接影響分離效果,關於填裝的方法前面已有介紹,這里主要介紹對填裝好的凝膠柱的鑒定。凝膠柱填裝後用肉眼觀察應均勻、無紋路、無氣泡。另外通常可以採用一種有色的物質,如藍色葡聚糖-2000、血紅蛋白等上柱,觀察有色區帶在柱中的洗脫行為以檢測凝膠柱的均勻程度。如果色帶狹窄、平整、均勻下降,則表明柱中的凝膠填裝情況較好,可以使用;如果色帶彌散、歪曲,則需重新裝柱。另外值得一提的是,有時為了防止新凝膠柱對樣品的吸附,可以用一些物質預先過柱,以消除吸附。
(3)洗脫液的選擇
由於凝膠層析的分離原理是分子篩作用,它不象其它層析分離方式主要依賴於溶劑強度和選擇性的改變來進行分離,在凝膠層析中流動相只是起運載工具的作用,一般不依賴於流動相性質和組成的改變來提高解析度,改變洗脫液的主要目的是為了消除組分與固定相的吸附等相互作用,所以和其它層析方法相比,凝膠層析洗脫液的選擇不那麼嚴格。由於凝膠層析的分離機理簡單以及凝膠穩定工作的pH 范圍較廣,所以洗脫液的選擇主要取決於待分離樣品,一般來說只要能溶解被洗脫物質並不使其變性的緩沖液都可以用於凝膠層析。為了防止凝膠可能有吸附作用,一般洗脫液都含有一定濃度的鹽。
(4)加樣量
關於加樣前面已經有所介紹,要盡量快速、均勻。另外加樣量對實驗結果也可能造成較大的影響,加樣過多,會造成洗脫峰的重疊,影響分離效果;加樣過少,提純後各組分量少、濃度較低,實驗效率低。加樣量的多少要根據具體的實驗要求而定:凝膠柱較大,當然加樣量就可以較大;樣品中各組分分子量差異較大,加樣量也可以較大;一般分級分離時加樣體積約為凝膠柱床體積的1%-5%左右,而分組分離時加樣體積可以較大,一般約為凝膠柱床體積的10%-25%。如果有條件可以首先以較小的加樣量先進行一次分析,根據洗脫峰的情況來選擇合適的加樣量。設要分離的兩個組分的洗脫體積分別為Ve1和Ve2,那麼加樣量不能超過(Ve1-Ve2)。實際由於樣品擴散,所以加樣量應小於這個值。
從洗脫峰上看,如果所要的各個組分的洗脫峰分得很開,為了提高效率,可以適當增加加樣量;如果各個組分的洗脫峰只是剛好分開或沒有完全分開,則不能再加大加樣量,甚至要減小加樣量。另外加樣前要注意,樣品中的不溶物必須在上樣前去掉,以免污染凝膠柱。樣品的粘度不能過大,否則會影響分離效果。
(5)洗脫速度
洗脫速度也會影響凝膠層析的分離效果,一般洗脫速度要恆定而且合適。保持洗脫速度恆定通常有兩種方法,一種是使用恆流泵,另一種是恆壓重力洗脫。洗脫速度取決於很多因素,包括柱長、凝膠種類、顆粒大小等,一般來講,洗脫速度慢一些樣品可以與凝膠基質充分平衡,分離效果好。但洗脫速度過慢會造成樣品擴散加劇、區帶變寬,反而會降低解析度,而且實驗時間會大大延長;所以實驗中應根據實際情況來選擇合適的洗脫速度,可以通過進行預備實驗來選擇洗脫速度。一般凝膠的流速是2-10 cm/hr,市售的凝膠一般會提供一個建議流速,可供參考。總之,凝膠層析的各種條件,包括凝膠類型、層析柱大小、洗脫液、上樣量、洗脫速度等等,都要根據具體的實驗要求來選擇。例如樣品中各個組分差異較小,則實驗要求凝膠層析要有較高的解析度,提高解析度的選擇應主要包括:選擇包括各個待分離組分但分離范圍盡量小一些的凝膠,選擇顆粒小的凝膠,選擇解析度高的凝膠類型,選擇較長、直徑較大的層析柱、減少加樣量、降低洗脫速度等等。
㈡ 血紅蛋白凝膠過濾層析所需儀器、用具、物品和實驗的具體方案
一、實驗目的
1.了解凝膠柱層析的原理及應用;
2.掌握凝膠柱層析的基本操作技術,為進一步掌握離子交換柱層析、親和層析及吸附層析等其它分離方法打下良好的基礎。
二、實驗原理
凝膠層析:原理與應用
凝膠層析又稱凝凝膠過濾,是一種按分子量大小分離物質的層析方法。該方法是把樣品加到充滿著凝膠顆粒的層析柱中,然後用緩沖液洗脫。大分子無法進入凝膠顆粒中的靜止相中,只能存在於凝膠顆粒之間的流動相中,因而以較快的速度首先流出層析柱,而小分子則能自由出入凝膠顆粒中,並很快在流動相和靜止相之間形成動態平衡,因此就要花費較長的時間流經柱床,從而使不同大小的分子得以分離。
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凝膠過濾柱層析所用的基質是具有立體網狀結構、篩孔直徑一致,且呈珠狀顆粒的物質。這種物質可以完全或部分排阻某些大分子化合物於篩孔之外,而對某些小分子化合物則不能排阻,但可讓其在篩孔中自由擴散、滲透。任何一種被分離的化合物被凝膠篩孔排阻的程度可用分配系數Kav(被分離化合物在內水和外水體積中的比例關系)表示。Kav值的大小與凝膠床的總體積(Vt)、外水體積(Vo)及分離物本身的洗脫體積(Ve)有關,即:
Kav= (Ve-Vo)/(Vt-Vo)
在限定的層析條件下,Vt和Vo都是恆定值,而Ve值卻是隨著分離物分子量的變化而變化的。分離物分子量大,Kav值小;反之,則Kav值增大。因此,在同一凝膠柱上分離分子量不同的物質時,由於流動相的作用,這些分離物質將發生排阻和擴散效應。若緩沖液連續地傾入柱中,柱中物質的排阻和擴散效應也將連續地發生,其最終結果是分子量大的物質先從柱中流出,分子量小的物質則後從柱中流出。流出物用部分收集器分管等量或等時地收集起來,檢測後分段合並相同組分的各管流出物,即等於把分子量不同的物質相互分離開了。其分離效果受操作條件(如基質的顆粒大小、均勻度、篩孔直徑和床體積的大小、洗脫液的流速以及樣品的種類等)的影響,而最直接的影響是Kav值的差異性,Kav值差異性大,分離效果好;Kav值差異性小,則分離效果很差,或根本不能分開。
分配系數Kav既是判斷分離效果的一個參數,又是測定蛋白質分子量的一個依據。從公式Kav= (Ve-Vo)/(Vt-Vo)可知,只要測出床體積Vt 和外水體積Vo 以及洗脫體積Ve,即可計算出Kav值。而凝膠床總體積Vt可用測量法得到:
由凝膠床的組成可知,床體積Vt等於外水體積Vo、內水體積Vi與凝膠顆粒實際佔有體積Vg之和。即
Vt = Vo+Vi+Vg = Vo+Vi
而Vo和Vi可通過實驗測得:當把分子量不同的混合溶液鋪在凝膠床上時,其在內水體積和外水體積中的分布是不一樣的。溶液中的分子大於凝膠孔徑上限者不能進入凝膠網孔內,而被排阻在外水體積的溶液中。凝膠床的洗脫體積Ve剛好等於外水體積。即Ve=Vo (Kav=0)。然而,溶液中的分子小於凝膠孔徑下限者能自由進入凝膠網孔內,凝膠床的洗脫體積Ve應等於凝膠床總體積,即Ve= Vt= Vo+Vi (Kav=1)。而溶液中的分子大小介於凝膠孔徑上限和下限之間者,則能進入部分凝膠網孔中,故其洗脫體積Ve是在Vo和Vt之間(Kav在0-1之間)。
以床體積Vt(等於pr2h)和測得值Vo來計算分配系數的值為Kav,若以床體積Vt(等於Vo+Vi)和測得值Vo來計算分配系數的值為Kd。在同一層析條件下,對同一物質計算出來的Kav和Kd值盡管有一定的差異性,但都是有效的。只因Kav計算方便,所以目前多使用Kav。分離物在凝膠過濾層析時的行為,除用Kav和Kd表示外,還可用Ve/Vo或Vo/Ve(R值)表示。
反應原理
凝膠過濾不僅常用做物質的分離,還可以根據需要用某種試劑非常方便地處理某種物質,當該物質流經試劑區時,因為可連續接觸新鮮試劑,因而可以充分發生反應,最後經過洗脫,再與過量的試劑分開。本實驗就是通過凝膠過濾,用還原劑FeSO4處理血紅蛋白。即首先在層析柱中加入含有還原劑的溶液,使形成一個還原區帶,當血紅蛋白樣品(血紅蛋白與鐵氰化鉀的混合液)流經還原區帶時,褐色的高鐵血紅蛋白立即生成紫色的還原型血紅蛋白,隨著還原型血紅蛋白繼續下移,與緩沖液中的氧分子結合又形成了鮮紅的血紅蛋白。鐵氰化鉀則因分子量小,在層析柱中呈現其本來的黃色帶而遠遠地落在血紅蛋白的後邊。本實驗操作簡便,直觀性強,趣味性濃,通過肉眼觀察即可檢驗分離效果。
三、實驗材料
1.器材:層析柱,?10×200
2.試劑:
(1) 20mM磷酸二氫鈉
(2) 20mM磷酸氫二鈉
(3) 40mM FeSO4(用時現配)
(4) 0.2M Na2HPO4,80mM Na2H2EDTA
(5) 抗凝血(哺乳動物血樣,以1:X的比例加入%檸檬酸鈉,置於4℃冰箱中保存。貯存期以不超過3個月為宜)
(6) Sephadex G-25
(7) 固體鐵氰化鉀
四、儀器設備
鐵架台、恆流泵
五、實驗步驟
1.凝膠的處理 取3克葡聚糖凝膠(Sephadex-25)乾粉,浸泡於蒸餾水中充分溶脹(室溫,6小時),然後傾斜法除去表面懸浮的小顆粒,最後加入等體積pH7磷酸緩沖液繼續浸泡(磷酸緩沖液用試劑1、2以39:51的比例混合,並用pH計校對)。
2.裝柱 將層析柱下端的止水螺絲旋緊,向柱中加入約5-7cm高的緩沖液,把溶脹好的糊狀凝膠邊攪拌邊到入柱中,同時開啟止水螺絲,控制一定的流速,使柱中的凝膠一直處在溶液中。最好一次連續裝完,若分次裝入,需用玻璃棒輕輕攪動柱床上層凝膠,以免出現界面。裝柱長度至少8cm。最後放入略小於層析柱內徑的濾紙片,以防將來加樣時凝膠被沖起。
3.平衡 用磷酸緩沖液洗脫,平衡20分鍾。注意液面不要低於凝膠表面,否則可能有氣泡混入,影響液體在柱內的流動與最終生物大分子物質的分離效果。
4.血紅蛋白樣品的制備 取1ml抗凝血於燒杯中,加入10ml pH7 20mM磷酸緩沖液,再加入固體鐵氰化鉀,使濃度達到5mg/ml。
5.層析柱還原層的形成 取1ml 40mMFeSO4於小燒杯中,加入1ml 0.2M Na2HPO4,80mM Na2H2EDTA混合液攪拌均勻。待層析柱上緩沖液幾乎全部進入凝膠時,速取該混合液0.4ml加入層析柱中,待混合液完全進入柱床後加入0.7ml緩沖液。(注意還原劑的混合液要新鮮配製,盡可能縮短在空氣中暴露的時間)。
6.上樣 將柱中多餘的液體從底部流出後關閉止水螺絲,取前面制備好的血紅蛋白樣品0.5ml,將樣品溶液小心加到凝膠柱上,打開止水螺絲,使樣品溶液流入柱內。
7.洗脫 用緩沖液進行洗脫,控制緩沖液在約每5秒一滴的流速,觀察並記錄實驗現象。
8.清洗 待所有色帶流出層析柱後,加快流速,繼續清洗層析柱5min
㈢ 凝膠層析分離混合蛋白質的實驗現象和實驗結果是什麼
相對分子質量大的先出來,小的後出來 .血紅蛋白呈現紅色,當紅色帶下移到下埠時開始收集,可以收集到血紅蛋白
㈣ 跪求實驗方案急。關於植物小分子多肽的提取分離和分析 最好用到高效液相提取的
多肽類化合物廣泛存在於自然界中,其中對具有一定生物活性的多肽的研究,一直是葯物開發的一個主要方向。生物體內已知的活性多肽主要是從內分泌腺組織器官、分泌細胞和體液中產生或獲得的,生命活動中的細胞分化、神經激素遞質調節、腫瘤病變、免疫調節等均與活性多肽密切相關。隨著現代科技的飛速發展,從天然產物中獲得肽類物質的手段也不斷得到提高。一些新方法、新思路的應用。不斷有新的肽類物質被發現應用於防病治病之中。本文介紹了近幾年肽類物質分離、分析的主要方法研究進展。
1 分離方法
採取何種分離純化方法要由所提取的組織材料、所要提取物質的性質決定。對蛋白質、多肽提取分離常用的方法包括:鹽析法、超濾法、凝膠過濾法、等電點沉澱法、離子交換層析、親和層析、吸附層析、逆流分溶、酶解法等。這些方法常常組合到一起對特定的物質進行分離純化,同時上述這些方法也是蛋白、多肽類物質分析中常用的手段,如層析、叫泳等。
1.1 高效液相色譜(HPLC)
HPLC的出現為肽類物質的分離提供了有利的方法手段,因為蛋白質、多肽的HPLC應用與其它化合物相比,在適宜的色譜條件下不僅可以在短時間內完成分離目的,更重要的是HPLC能在制備規模上生產具有生物活性的多肽。因此在尋找多肽類物質分離制備的最佳條件上,不少學者做了大量的工作。如何保持多肽活性、如何選擇固定相材料、洗脫液種類、如何分析測定都是目前研究的內容。
1.1.1 反相高效液相色譜(RP-HPLC)
結果與保留值之間的關系:利用RP-HPLC分離多肽首先得確定不同結構的多肽在柱上的保留情況。為了獲得一系列的保留系數,Wilce等利用多線性回歸方法對2106種肽的保留性質與結構進行分析,得出了不同氨基酸組成對保留系數影響的關系,其中極性氨基酸殘基在2~20氨基酸組成的肽中,可減少在柱上的保留時間;在10~60氨基酸組成的肽中,非極性氨基酸較多也可減少在柱上的保留時間,而含5~25個氨基酸的小肽中,非極性氨基酸增加可延長在柱上的保留時間。同時有不少文獻報道了肽鏈長度、氨基酸組成、溫度等條件對保留情況的影響,並利用計算機處理分析得到每種多肽的分離提取的最佳條件。
肽圖分析(Peptide Mapping):肽圖分析是根據蛋白質、多肽的分子量大小以及氨基酸組成特點,使用專一性較強的蛋白水解酶[一般未肽鏈內切酶(endopeptidase)]作用於特殊的肽鏈位點將多肽裂解成小片斷,通過一定的分離檢測手段形成特徵性指紋圖譜,肽圖分析對多肽結構研究合特性鑒別具有重要意義。利用胰蛋白酶能特意性作用於Arg和Lys羧基端的肽鏈的性質,通過RP-HPLC法採用C18柱檢測了重組人生長激素特徵性胰肽圖譜。同時胰島素的肽圖經V8酶專一裂解也製得,並可鑒別僅相差一個氨基酸殘疾的不同種屬來源的胰島素。人類腫瘤壞死因子的單克隆抗體結構也應用酶解法及在線分析技術確定了肽圖,便於鑒定分析。此項技術已經在新葯開發中得到廣泛應用。
1.1.2 疏水作用色譜(Hydrophobic interaction chromatogrphy,HIC)
HIC是利用多肽中含有疏水基因,可與固定相之間產生疏水作用而達到分離分析的目的,其比RP-GPLC具有較少使多肽變性的特點。利用GIC分離生產激素(GH)產品的結構與活性比EP-GPLC分離的要穩定,活性較穩定。Geng等利用HIC柱的低變性特點,將大腸桿菌表達出的經鹽酸胍乙啶變性得到人重組干擾素-γ。通過HIC柱純化、折疊出高生物活性的產品。不同人尿表皮生長因子(EGF)也利用HIC純化到了,均具有良好的生物活性。HIC可將未經離子交換柱的樣品純化。而RP-HPLC則不能達到這一要求。
1.1.3 分子排阻色譜(Sizs-Exclusion chromatogrphy,SEC)
SEC是利用多肽分子大小、形狀差異來分離純化多肽物質,特別對一些較大的聚集態的分子更為方便,如人重組生長激素(hgH)的分離,不同結構、構型的GH在SEC柱上分離行為完全不同,從而可分離不同構型或在氨基酸序列上有微小差異的變異體,利用SEC研究修飾化的PEG的分離方法,此PEC具有半衰期長、作用強的特點。一些分子量較大的肽或蛋白均可利用此法分離分析。
1.1.4離子交換色譜(Iron-Exchange chromatography,IEXC)
IEXC可在中性條件下,利用多肽的帶電性不同分離純化具有生物活性的多肽。其可分為陽離子柱與陰離子柱兩大類,還有一些新型樹脂,如大孔型樹脂、均孔型樹脂、離子交換纖維素、葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠樹脂等。在多肽類物質的分離分析研究中,對多肽的性質、洗脫劑、洗脫條件的研究較多,不同的多肽分離條件有所不同,特別是洗脫劑的離子強度、鹽濃度等對純化影響較大。Wu等報道利用離子交換柱層析法,探討分離牛碳酸酐異構體和牛血清白蛋白、雞血清白蛋白酶的提取條件,獲得了有價值的數據供今後此類物質分離研究。
1.1.5膜蛋白色譜(Chromatography of Membrane Protein,CMP)
CMP+分離強蔬水性蛋白、多肽混合物的層析系統,一般有去垢劑(如SDS)溶解膜蛋白後形成SDS-融膜蛋白,並由羥基磷灰石為固定相的柱子分離純化。羥基磷灰石柱具有陰離子磷酸基團(P-端),又具有陽離子鈣(C-端),與固定相結合主要決定於膜蛋白的大小、SDS結合量有關。利用原子散射法研究cAMP的分離機制發現,樣品與SDS結合後在離子交換柱上存在SDS分子、帶電荷氨基酸與固定相中帶電離子間的交換,從而達到分級分離的目的。
1.1.6高效置換色譜(High-Performance Displacement Chromatography,HPDC)
HPDC是利用小分子高效置換劑來交換色譜柱上的樣品,從而達到分離的目的。它具有分離組分含量較少成分的特性。利用HPDC鑒定分離了低於總量1%組分的活性人重組生長激素(rHG )。在研究非毒性交換劑時Jayarama發現硫酸化葡萄糖(Detran Sulfate,DS)是對β乳球蛋白A和B的良好置換劑,一般DS的相對分子質量為1×104和4×104最宜。研究表明置換劑的相對分子質量越低,越易於與固定相結合,因此在分離相對分子質量小的多肽時,需要更小的置換劑才能將其置換純化出來。
1.1.7 灌注層析(Perfusion Chromatography,PC)
PC是一種基於分子篩原理與高速流動的流動相的層析分離方法,固定相孔徑大小及流動相速度直接影響分離效果。試驗證明其在生產、制備過程中具有低投入、高產出的特性。目前市場上可供應的PC固定相種類較多,適合於不同分子量的多肽分離使用。
1.2 親和層析(Affinity Chromatography,AC)
AC是利用連接在固定相基質上的配基與可以和其特異性產生作用的配體之間的特異親和性而分離物質的層析方法。自1968年Cuatrecasas提出親和層析概念以來,在尋找特異親和作用物質上發現了許多組合,如抗原-抗體、酶-催化底物、凝集素-多糖、寡核苷酸與其互補鏈等等。對多肽類物質分離目前主要應用其單抗或生物模擬配基與其親和,這些配基由天然的,也有根據其結構人工合成的。Patel等人利用一系列親和柱分離純化到了組織血漿纖維蛋白酶原激活劑蛋白多肽。
固定金屬親和層析(Immobilized Metal Affinity Chromatography.LMAC)是近年來發展起來的一種親和方法。其固定相基質上鰲合了一些金屬離子,如Cu2+、Ni2+、Fe3+等,此柱可通過配為鍵鰲合側鏈含有Lys、Met、Asp、Arg、Tyr、Glu和His的多肽,特別是肽序列中含有His-X-X-X-His的結構最易結合到金屬離子親和柱上,純化效果較好。其中胰島素樣生長因子(Insylin Like Growth Factor,IGF)、二氫葉還原酶融合蛋白等均用此方法分離到純度較高的產品。
Chaiken等人報道了另一種親和層析方法,利用反義DNA表達產生,其與正鏈DNA表達產生的肽或蛋白具有一定的親和性,如Arg加壓素受體復合物,已用此法分離得到。DNA與蛋白、多肽復合物之間的作用也是生物親和中常用的方法。將人工合成的寡核苷酸結合在固定相基質上,將樣品蛋白或多肽從柱中流過,與之結合可達到分離特定結構多肽的目的。
1.3 毛細管電泳(Capillary electrophoresis,CE)--分離分析方法
CE是在傳統的電泳技術基礎上於本世紀60年代末由Hjerten發明的,其利用小的毛細管代替傳統的大電泳槽,使電泳效率提高了幾十倍。此技術從80年代以來發展迅速,是生物化學分析工作者與生化學家分離、定性多肽與蛋白類物質的有利工具。CE根據應用原理不同可分為以下幾種;毛細管區帶電泳Capillary Zone electrophoresis,CZE)、毛細管等電聚焦電泳(Capillary Isoeletric Focusing,CIEF)毛細管凝膠電泳(CapillaryGelElectrophoresis,CGE)和膠束電動毛細管層析(Micellar Electokinetic Electrophoresis Chromatorgraphy,MECC)等。
1.3.1 毛細管區帶電泳(Capillary Zone Electrophoresis,CZE)
CZE分離多肽類物質主要是依據不同組分中的化合物所帶電性決定,比傳統凝膠電泳更准確。目前存在於CZE分離分析多肽物質的主要問題是天然蛋白或肽易與毛細管硅膠柱上的硅醇發生反應,影響峰形與電泳時間,針對這些問題不少學者做了大量實驗進行改進,如調節電池泳液的PH值,使與硅醇反應的極性基團減少;改進毛細管柱材料的組成,針對多肽性質的不同採取不同的CZE方法研究分離5個含9個氨基酸殘基的小肽,確定了小肽分析的基本條件,即在低PH條件下,緩沖液中含有一定濃度的金屬離子如Zn2+等,此時分離速度快而且准確。
1.3.2細管等電聚電泳(Capillary Isleletric Focusing,CIEF)
由於不同的蛋白、多肽的等電點(PI)不同,因此在具有不同pH梯度的電泳槽中,其可在等電點pH條件下聚集沉澱下來,而與其他肽類分離開來。CIEF在分離、分析混合多肽物質中應用不多,主要應用與不同來源的多肽異構體之間的分離,如對rHG不同異構體分離。由於在CIEF柱表面覆蓋物的不穩定性限制了此法的廣泛應用。
1.3. 3毛細管凝膠電泳 (Capillary Gel Electrophoresis,CGE)
CGE是基於分子篩原理,經十二烷基磺酸鈉(SDS)處理的蛋白或多肽在電泳過程中主要靠分子形狀、分子量不同而分離。目前,又有一種非交聯歡、線性、疏水多聚凝膠柱被用於多肽物質的分離分析,此電泳法適於含疏水側鏈較多的肽分離,這種凝膠易於灌注,使用壽命長,性質較為穩定。
1.3.4膠束電動毛細管層析(Micellar Electrokinetic Electorphoresis Chromatography, MECC)
MECC的原理是在電泳液中加入表面活性劑,如SDS,使一些中性分子帶相同電荷分子得以分離。特別對一些小分子肽,陰離子、陽離子表面活性劑的應用都可使之形成帶有一定電荷的膠束,從而得到很好的分離效果。有文獻報道在電解液中加入環糊精等物質,可使用權含疏水結構組分的多肽選擇性與環糊精的環孔作用,從而利用疏水作用使多肽得到分離。
1.4多肽蛋白質分離工程的系統應用
以上提到的分離多肽的技術在實際應用過程中多相互結合,根據分離多肽性質的不同,採用不同的分離手段。特別是後基因組時代,對於蛋白質組深入的研究,人們對於分離多肽及蛋白質的手段不斷改進,綜合利用了蛋白質和多肽的各種性質,採用包括前面提到的常規蛋白多肽提取方法,同時利用了高效液相色譜,毛細管電泳,2-D電泳等手段分離得到細胞或組織中盡可能多的蛋白多肽。在蛋白質組學研究中系統應用蛋白和多肽分離鑒定的技術在此研究中即是分離手段也是分析方法之一。特別是以下提到的質譜技術的發展,大大的提高了蛋白多肽類物質的分析鑒定的效率。
2 分析方法
2.1 質譜分析(Mass Spectrometry, MS)
MS在蛋白、多肽分析中已經得到了廣泛應用,特別是在分離純化後的在線分析中,MS的高敏性、快速性特別適合多肽物質分析鑒定。其中連續流快原子轟擊質譜(Continuous-Flow Fast Atom Bombardment, cf-FAB)和電霧離子化質譜(Electrospray Ionization, EIS)是近幾年發展起來的新方法。
2.1.1連續流快原子轟擊質譜(Continuous-Flow Fast Atom Bombardment, cf-FAB)
cf-FAB是一種弱離子化技術,可將肽類或小分子量蛋白離子化成MH+或(M-H)形式。主要應用於肽類的分離檢測,其具有中等解析度,精確度大於+0.2amu,流速一般在0.5-1.5μl·Ml-1。在測定使流動相需加0.5%-10%基質如甘油和高有機溶劑成分,使樣品在檢測探針處達到敏感化。cf-FAB常與HPLC、CEZ等方法結合使用達分離分析的目的,許多多肽的cf-FAB分析方法已經建立,並得到很好的應用。如Hideaki等利用此法研究L-Pro、L-Ala的四肽化合物系列。證明L-Pro在保持小肽構相穩定性。連接分子方面具有重要意義。
2.1.2 電霧離子化質譜(Electrospray Ionozation,EIS)
EIS可產生多價離子化的蛋白或多肽,允許相對分子質量達1×105蛋白進行分析,解析度在1500-2000amu。精確度在0.01%左右。EIS更適合相對分子質量大的蛋白質的在線分析,且需要氣化或有機溶劑使樣品敏感化。利用EIS與HPLC聯合分離分析GH和血紅蛋白均獲成功,其也可與CEZ聯合應用。
2.1.3 基質輔助激光解析/離子化-飛行時間質譜(Matrix-associated laser disso-ciation/ionization time of flight mass spectrmtry,MALDI-TOF MS)
MALDI-TOF是目前蛋白質鑒定中精確測定測定分子質量的手段,特別適合對混合蛋白多肽類物質的相對分子質量的測定,靈敏度和解析度均較高。它是目前蛋白質組學研究的必備工具。同時結合液相色譜的聯用技術可以高效率的鑒定多肽物質。特別是當各種原理的質譜技術串聯應用時,不但可以得到多肽的相對分子質量信息,還可以測定它的序列結構,此項技術將在未來蛋白質組學研究中起到決定性作用。
2.2 核磁共振(Nuclear Magnetic resonance,NMR)
NMR因圖譜信號的純數字化、過度的重疊范圍過寬(由於相對分子質量太大)核信號弱等原因,在蛋白、多肽物質的分析中應用一直不多。隨著二維、三維以及四維NMR的應用,分子生物學、計算機處理技術的發展,使NMR逐漸成為此類物質分析的主要方法之一。NMR可用於確定氨基酸序列、定量混合物中的各組分組成含量等分析中。但要應用於蛋白質分析中仍有許多問題需要解決,例如,如何使分子量大的蛋白質有特定的形狀而便於定量與定性分析,如何減少數據處理的時間問題等。這些問題多有不少學者在進行研究。雖然在蛋白質分析中應用較少,NMR在分析分子中含少於30個氨基酸的小肽時是非常有用的,可以克服上述蛋白質分析中的缺點而達到快速准確分析的目的。
2.3 其他
除上述方法之外,氨基酸組成分析、氨基酸序列分析、場解析質譜、IR、UV光譜、CD、圓而色譜、生物鑒定法、放射性同位素標記法及免疫學方法等都已應用於多肽類物質的結果鑒定、分析檢測之中。
以上簡要的介紹了近幾年多肽物質分離、分析的常用方法及最新研究方向。隨著科學技術水平的不斷發展,會有許多更新的分離分析手段不斷涌現,因此這一領域的研究具有廣闊的前景。
應用SDS-PAGE顯示小分子多肽
SDS-PAGE在分離、鑒定和純化蛋白質方面有著廣泛應用,其有效分離范圍取決於聚丙烯醯胺的濃度和交聯度,其孔徑隨著雙丙烯醯胺與丙烯醯胺比率的增加而減小,比率接近於1:20時,孔徑達到最小值。分子量低於10kD的小分子肽類,即使用較高濃度的聚丙烯醯胺凝膠的SDS-PAGE也不能完全分離,或是顯不出色,或是顯帶較弱,帶型彌散。且分子量越小,效果也越差。
為了能在SDS-PAGE上顯示測定小分子量的多肽,通常採取兩種方法:一是增加凝膠的濃度和交聯度,在制膠時加入一些可以降低聚丙烯醯胺凝膠網限孔徑的溶質分子,使用尿素、甘油或蔗糖等物質;二是選擇緩沖液中的拖尾離子的種類和濃度以達到改善多肽的分離效果。
操作步驟
1.電泳緩沖液的配製如下表所示
緩沖液Tris
(mol/L)Tricine
(mol/L)pHSDS
(%)
陽極緩沖液
陰極緩沖液
膠緩沖液0.2
0.1
3.0—
0.1
—8.9*
8.25**
8.4*—
0.1
0.3
* 用HCl調pH
** pH約為8.25
2.丙烯醯胺貯存液的配製
單丙-雙丙混合物單丙的百分數雙丙的百分數
49.5% T, 3%C
49.5% T, 6%C48
46.51.5
3.0
T:丙烯醯胺的總濃度
C:交聯度
3.膠的制備,與一般SDS-PAGE相似,按下表配製分離膠和濃縮膠
組 份分離膠
16% T,6%C濃縮膠
6% T,3%C
49.5% T, 3%C丙烯醯胺溶液(ml)
49.5% T, 6%C 丙烯醯胺溶液(ml)
膠緩沖液(ml)
脲(g)[甘油(ml)]
水(ml)
10%過硫酸銨(μl)
TEMED(μl)
總體積(ml)—
3.3
3.3
3.6[2.4]
1
40
4.0
10.040.48
—
1.00
—
1.50
25
2.5
3.03
4.樣品緩沖液
4% SDS
12%甘油
50mmol/L Tris
2%巰基乙醇
0.01% Serva blue
多肽樣品與樣品緩沖液混合沸煮2min(或40℃溫浴30min)。
5.將灌膠的玻璃板固定在電泳裝置上,用1%瓊脂糖封邊,倒入陰極緩沖液,依次加樣。
6.將電泳裝置放入電泳槽內,倒入陽極緩沖液,將正負極與電泳儀相接,恆電壓50~60V,待指示劑進入分離膠後,電壓可升至70~90V,恆壓約3h待指示劑走出凝膠下緣停止電泳。
7.染色、脫色及膠的保存同SDS-PAGE