蛋白質提取液中,除包含所需要的蛋白質(或酶)外,還含有其它蛋白質、多糖、脂類、核酸及肽類等雜質。除去的方法有:
1)核酸沉淀法
該法可用核酸沉淀劑和氯化錳、硫酸魚精蛋白或鏈霉素等。必要時也可用脫氧核糖核酸酶除去核酸。即在粗勻漿中加入少量DNase,于4℃保溫30~60min,可使DNA 降解為足夠小的碎片,以致不影響以后的純化。
2)醋酸鉛沉淀法
利用醋酸鉛沉淀劑除去雜蛋白。因這些沉淀劑也常常使需要的酶(或蛋白質)緩緩變性而失去活性,所以用這類試劑時應迅速進行鹽析,使樣品與這類試劑脫離接觸。
3)調pH 值或加熱沉淀法
利用蛋白質酸堿變性性質的差異除去雜蛋白。利用蛋白質的熱變性的溫度系數差異,可在一定的PH 下將蛋白提取液加熱到一定的溫度,使對熱不穩定的雜蛋白性沉淀而除去。
4)選擇性變性法
利用各種蛋白質穩定性的不同,可用選擇性變性法來除去雜蛋白。例如胰蛋白酶及細胞色素C 等少數特別穩定的酶,甚至可用2.5%三氯醋酸處理,此時其它雜蛋白均變性而沉淀,而胰蛋白酶和細胞色素C 則仍留在溶液中。
5)透析法
小分子物質常在整個制備過程中多次液相與固相互轉化中被分離,或最后用透析法除去。
1、利用溶解度不同的純化方法
原理:鹽析法對于許多非電解質的分離純化均適合。對蛋白質和酶的提純應用也最早。至今還廣泛使用,一般粗抽提物經常利用鹽析法進行粗分。也有反復用鹽析法得到純的蛋白質的例子。其原理是蛋白質在低鹽濃度下的溶解度隨鹽液濃度升高而增加(鹽溶,與離子強度10~1
間成比例增加)。球蛋白當鹽濃度不斷上升時,蛋白質的溶解度又以不同程度下降并先后析出(鹽析)(離子強度I2~10)。這是由于蛋白質分子內和分子間的電荷的極性基團有靜電引力。當水中加入少量鹽時,鹽離子與水分子對蛋白質分子一的極性基團的影響,使蛋白質在水中溶解度增大。但鹽濃度增加一定程度時,水的活度降低,蛋白質表面的電荷大量被中和,水化膜被破壞,于是蛋白質相互聚集而沉淀析出。鹽析法是根據不同蛋白質在一定濃度鹽溶液中溶解度降低程度不同達到彼此分離的方法。鹽析時蛋白質的溶解度與溶液中離子強度的關系,可用下式表示:
S
1g-----=-ks×l
So
式中 S0 為蛋白質在純水(離子強度I=0)中的溶解度,S 為蛋白質在溶液的離子強度為I 時的溶解度,KS 為鹽析常數。離子強度可用下式計算。: 1
I=---ΣmiZi2
2
式中mi 為溶液中各種離子摩爾濃度,Zi 為各種離子的價數。①式中當溫度一定時,S0 對于某一蛋白質在某溶液中的溶解度是一常數,故(1)式也改定為:
lgS=β-ks×I
式中β=lgS0,也為一常數,β值主要取決于蛋白質性質,其次與溶液的PH 和溫度有關。
ks 值主要和鹽的性質(包括鹽離子價數和平均半徑)有關,也與蛋白質結構有關。一般來說,蛋白質在某一鹽液中ks
愈大,鹽析效果愈好。蛋白質是具有許多親水基團的偶極離子,常需用要較高的I 值才能從溶液中析出。根據(3)式分離純化蛋白質,可在一定的PH
和溫度下改變鹽的I 值,稱為“ks 分段鹽析法”,提純前期常應用此法;也可在一定I 值下改變PH
及溫度,稱為“β分段鹽析法”,常用于提純后期,特別是使某些蛋白質結晶析出時。
鹽的選擇:
如上所述,蛋白質在水中溶解度取決于蛋白質分子上離子基團周圍的水分子數目,即取決于蛋白質的水合程度。因此,控制水合程度,也就是控制蛋白質的溶解度。控制方法最常用的是加入中性鹽。主要有硫酸銨、硫酸鎂
、硫酸鈉、氯化鈉、磷酸鈉等。其中應用最廣的是硫酸銨,它的優點是溫度系數小而溶解度大(25℃時飽滿和溶解度為4.1mol,即767g/l;0℃時飽滿和溶解度為3.9mol,即676g/l)。在這一溶解度范圍內,許多蛋白質均可鹽析出來,且硫酸銨價廉易得,分段效果較其它鹽好,不易引起蛋白質變性。應用硫酸銨時對蛋白氮的測定有干擾,另外緩沖能力較差,故有時也應用硫酸鈉,如鹽析免疫球蛋白,用硫酸鈉的效果也不錯,硫酸鈉的缺點是30℃以下溶解度太低。其它的中性鹽如磷酸鈉的鹽析作用比硫酸銨好,但也由于溶解度太低,受溫度影響大,故應用不廣。氯化鈉的溶解度不如硫酸銨,但在不同溫度下它的溶解度變化不大,這是方便之處。它也是便宜不易純化的試劑。硫酸銨濃溶液的PH
常在4.5~5.5 之間,市售的硫酸銨還常含有少量游離硫酸,PH 值往往降至
4.5 以下,當用其他PH 值進行鹽析時,需用硫酸或氨水調節.
硫酸銨飽和度計算及加入方式
在分段鹽析時,加鹽濃度一般以飽和度表示,飽和溶液的飽和度為100%。用硫酸銨鹽析時其溶液飽和度調整方法有3
種。一種是當蛋白質溶液體積不大所需調整的濃度不高時,加入飽和硫酸銨溶液。配制法是加入過量的硫酸銨,熱至50~60℃保溫數分鐘,趁熱濾去沉淀,再生
0℃或25℃下平衡1~2 天,有固體析出時即達100%飽和度。鹽析所需飽和度
可按下式計算:
S2 - S1
V=V0--------------
1 - S2
式中V 及V0 分別代表所需飽和硫酸銨溶液及原溶液體積,S2 和S1
分別代表所需達到的和原溶液的飽和度。嚴格來說,混合不同體積的溶液時,總體積會發生變化使上式造成誤差,但這由體積改變所造成的誤差一般小于2%,可忽略不計。另一種是所需達到飽和度較高而溶液的體積又不再過分增大時,可直接加固體硫酸銨,其加入量可按下式計算:
G(S2 - S1)
X = ----------------
1-AS2
式中X 是將1I 飽和度為S1 的溶液提高到飽和度為S2 時所需硫酸銨的重量(g),G 及A 為常數,與溫度有關。G 在0℃時為707,20℃時為756,A 在0℃時為0.27,20℃時為0.29。
在室溫及0℃時所需硫酸銨飽和度可查表。第3 種調整飽和度的方法是將鹽析的樣品液裝于透析袋內對飽和硫酸銨進行透析,此法濃度變化較連續,不會出現鹽的局部過高現象,但鹽析時測定鹽的飽和度手續較繁,運用較少。