測定蛋白質分子量的常用方法:
粘度法、凝膠過濾層析法、凝膠滲透色譜法、SDS-凝膠電泳、滲透壓法、質譜法包括電噴霧離子化質譜技術和基質輔助激光解吸電離質譜技術、光散射法(多角度激光散射)、沉降法(超速離心法)。
1、粘度法
一定溫度條件下,高聚物稀溶液的粘度與其分子量之間呈正相關性,隨著分子量的增大,聚合物溶液的粘度增大。通過測定高聚物稀溶液粘度隨濃度的變化,即可計算出其平均分子量(粘均分子量)。
如果高聚物分子的分子量愈大,則它與溶劑間的接觸表面也愈大,摩擦就大,表現出的特性粘度也大。特性粘度和分子量之間的經驗關系式為:
聚合物、溶劑性質有關,也和分子量大小有關。K值受溫度的影響較明顯,而?值主要取決于高分子線團在某溫度下,某溶劑中舒展的程度,其數值解在0.5~1 之間。K與?的數值可通過其他絕對方法確定,例如滲透壓法、光散射法等,從粘度法只能測定[η]。 在無限稀釋條件下:
優缺點:該方法操作簡單、設備價格較低,通常不需要標準樣品,但無法測定聚合物的分子量分布。
2、凝膠過濾層析法
對同一類型的化合物,洗脫特性與組分的分子量有關,流過凝膠柱時,按分子量大小順序流出,分子量大的走在前面。Ve與分子量的關系可用下式表示: V e=K1—K2logMr
K1與K2為常數,Mr為分子量,Ve也可用Ve—Vo(分離體積),Ve/Vo(相對保留體積),Ve/Vt(簡化的洗脫體積,它受柱的填充情況的影響較小)或Kav代替,與分子量的關系同上式,只是常數不同。凝膠層析主要決定于溶質分子的大小,每一類型的化合物如球蛋白類,右旋糖酐類等都有它自己的特殊的選擇曲線,可用以測定未知物的分子量,測定時以使用曲線的直線部分為宜。
優缺點:凝膠層析技術操作方便,設備簡單,樣品用量少,周期短,重復性能好,條件溫和,一般不引起生物活性物質的變化,而且有時不需要純物質,用一粗制品即可,目前已得到相當廣泛的應用。凝膠層析法測定分子量也有一定的局限性,在pH6—8的范圍內,線性關系比較好,但在極端pH時,一般蛋白質有可能因變性而偏離。糖蛋白在含糖量超過5%時,測得分子量比真實的要大,鐵蛋白則與此相反,測得的分子量比真實的要小。
3、凝膠滲透色譜法
分子量的多分散性是高聚物的基本特征之一。聚合物的性能與其分子量和分子量分布密切相關。
SEC法是按分子尺寸大小分離的,即淋出體積與分子線團體積有關,利用Flory的粘度公式:
K1、K2、α1、α2可以從手冊查到,從而由第一種聚合物的M-Ve校正曲線,換算成第二種聚合物的M-Ve曲線,即從聚苯乙稀標樣作出的M-Ve校正曲線,可以換算成各種聚合物的校正曲線。
優缺點:凝膠滲透色譜法分離速度快、分析時間短、重現性好,進樣量少、自動化程度高。但設備投入較大,價格較高。
4、SDS-凝膠電泳法
SDS是十二烷基硫酸鈉的簡稱,它是一種陰離子表面活性劑,加入到電泳系統中能使蛋白質的氫鍵和疏水鍵打開,并結合到蛋白質分子上(在一定條件下,大多數蛋白質與SDS的結合比為1.4gSDS/1g蛋白質),使各種蛋白質-SDS復合物都帶上相同密度的負電荷,其數量遠遠超過了蛋白質分子原有的電荷量,從而使其電泳遷移率只取決于分子大小這一因素,根據標準蛋白質分子量的對數和遷移率所作的標準曲線,可求得未知物的分子量。
優缺點:實驗成本較低,儀器設備也相對很簡單,一套電泳裝置即可。但是精確程度相對較低,好的電泳圖譜需要一定的技術。
5、滲透壓法
在一種理想溶液中,滲透壓與溶質濃度成正比。但是實際上蛋白質溶液與理想溶液有較大的偏差。在溶質濃度不大時,它們的關系可用下式表示:
當c 趨向于0時,RTKc 趨向于0,但π/c 不趨向于0,而是趨向于一定值。測定幾個不同濃度下的滲透壓,以π/c對c作圖,并外推至c為0時的π/c,再代入上式求得Mr。
優缺點:操作簡單、快捷,實驗成本低,但準確度較差,受外界溫度影響較大,且要準確配置蛋白質溶液。
6、超速離心沉降法
利用超速離心沉降法測蛋白質的分子量是在較低離心轉速下進行的(8000~20000r/min),離心開始時,分子顆粒發生沉降,一段時間以后,沉降的結果造成了濃度梯度,因而產生了蛋白質分子反向擴散運動,當反向擴散與離心沉降達到平衡時,濃度梯度就固定不變了。
7、光散射法
主要基于染料陰離子在蛋白質等電點前與肽鏈上帶正電荷的基團上的結合作用.。此時生色團聚集于蛋白質分子上引起共振散射光增強,它與核酸不同的是生色團必須是帶負電荷的陰離子。
8、電噴霧離子化質譜技術
電噴霧離子化質譜技術(ESI-MS)是在毛細管的出口處施加一高電壓,所產生的高電場使從毛細管流出的液體霧化成細小的帶電液滴,隨著溶劑蒸發,液滴表面的電荷強度逐漸增大,最后液滴崩解為大量帶一個或多個電荷的離子,致使分析物以單電荷或多電荷離子的形式進入氣相的質譜技術。ESI-MS 測定蛋白質大分子是根據一簇多電荷的質譜峰群,通過解卷積的方式計算得到蛋白質的分子量,由于ESI-MS可以產生多電荷峰,因此使得測試的分子質量范圍大大擴大。
優缺點:(1)對樣品的消耗少,不會造成樣品的大量浪費;(2)對樣品分子質量測試靈敏度、分辨力和準確度都相當高;(3)能夠方便地與多種分離技術聯用,如毛細管電泳、高效液相色譜等,是解決非揮發性、熱不穩定性、極性強的復雜組分化合物的定性定量的高靈敏度檢測方法。
9、基質輔助激光解吸電離質譜技術
基質輔助激光解吸電離質譜技術(MALDI-MS)是將待測物懸浮或溶解在一個基體中,基體與待測物形成混晶,當基體吸收激光的能量后,均勻傳遞給待測物,使待測物瞬間氣化并離子化。基體的作用在于保護待測物不會因過強的激光能量導致化合物被破壞。MALDI的原理是用激光照射樣品與基質形成的共結晶薄膜,基質從激光中吸收能量傳遞給生物分子,而電離過程中將質子轉移到生物分子或從生物分子得到質子,而使生物分子電離的過程。TOF的原理是離子在電場作用下加速飛過飛行管道,根據到達檢測器的飛行時間不同而被檢測即測定離子的質荷比(M/Z)與離子的飛行時間成正比,檢測離子。
優缺點:(1)同ESI-MS 一樣對樣品的消耗很少;(2)隨著質量分析器的不斷改進、新的基質的不斷發現和應用以及延遲萃取技術的使用,使得MALDI-MS 的最高分辨率不斷提高,甚至超過ESI-MS;(3)MALDI-MS 單電荷峰占主要部分,碎片峰少,非常有利于對復雜混合物的分析,且能忍受較高濃度的鹽、緩沖劑和其他難揮發成分,降低了對樣品預處理的要求;(4)MALDI-TOF 質譜對生物大分子分子量的測定范圍是所有測試技術中最廣的。