补充2蛋白质理化性质课件.pptx
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- 补充 蛋白质 理化 性质 课件
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1、第五章第五章蛋白质的通性、纯化和表征蛋白质的通性、纯化和表征n目的要求目的要求1、掌握蛋白质的两性电离、胶体、沉淀的性质。、掌握蛋白质的两性电离、胶体、沉淀的性质。2、熟悉蛋白质分离纯化的一般原则,掌握蛋白、熟悉蛋白质分离纯化的一般原则,掌握蛋白质分离纯化方法。质分离纯化方法。3、掌握蛋白质的含量测定与纯度鉴定。、掌握蛋白质的含量测定与纯度鉴定。n重点难点重点难点1、蛋白质的两性电离、胶体、沉淀的性质。、蛋白质的两性电离、胶体、沉淀的性质。2、蛋白质的分离纯化方法。、蛋白质的分离纯化方法。一、蛋白质的酸碱性质一、蛋白质的酸碱性质1. 1. 蛋白质分子的可解离基团蛋白质分子的可解离基团 2. 2
2、. 等电点:等电点:使蛋白质分子所带的正电荷与负电荷恰好相等,净电荷为零的溶液pH。(与AA相同)蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外,氨基酸残基侧链中某些基团,在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。蛋白质所带电荷性质取决于可解离基团的种类和数目以及溶液的pH。 每种蛋白质都有特定的等电点,这是鉴别蛋白质的指标之一。每种蛋白质都有特定的等电点,这是鉴别蛋白质的指标之一。蛋白质的酸性氨基酸和碱性氨基酸含量与等电点的关系蛋白质的酸性氨基酸和碱性氨基酸含量与等电点的关系: :等电点和蛋白质分子中所含氨基酸的种类和数目有关。等电点和蛋白质分子中所含氨基酸的种类和数目有关。3. 3.
3、等离子点等离子点蛋白质的等电点在有中性盐(蛋白质的等电点在有中性盐(Ca2+Ca2+,Mg2+Mg2+,Cl-Cl-,SO42-SO42-)存在下可)存在下可以发生明显的变化。以发生明显的变化。等离子点:等离子点:蛋白质在没有其它盐类干扰的纯水中,蛋白质在没有其它盐类干扰的纯水中,蛋白质质子供体基团解离出来的质子数与质子受蛋白质质子供体基团解离出来的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的溶液的体基团结合的质子数相等时的溶液的pHpH值。值。等离子点是一个特征常数等离子点是一个特征常数 二二 蛋白质的胶体性质与蛋白质的沉淀蛋白质的胶体性质与蛋白质的沉淀 蛋白质溶液中,蛋白质分子的直径介于蛋白质
4、溶液中,蛋白质分子的直径介于1100nm,该分散系统为胶体溶液系统。,该分散系统为胶体溶液系统。布郎布郎运动、丁道尔现象、不能透过半透膜)。运动、丁道尔现象、不能透过半透膜)。胶体系统保持稳定的三个因素胶体系统保持稳定的三个因素 颗粒大小在颗粒大小在1 1100nm100nm范围内范围内颗粒表面带有同种净电荷颗粒表面带有同种净电荷与水形成水化层与水形成水化层(一)胶体性质 当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚至蛋白质的构象时,蛋白质就会从溶液中析出的蛋白质的构象时,蛋白质就会从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀。现象称为蛋白质的沉淀。应用应用:(1)蛋白质分离纯
5、化蛋白质分离纯化(2)解毒解毒(3)临床检验临床检验(二)蛋白质的沉淀(二)蛋白质的沉淀 n 引起蛋白质沉淀的原因1、加入脱水剂以除去它的水化层。、加入脱水剂以除去它的水化层。2、改变溶液的、改变溶液的pH达到蛋白质的等电点使质点失达到蛋白质的等电点使质点失去携带相同净电荷。去携带相同净电荷。3、加入电解质破坏双电层,蛋白质分子就会凝、加入电解质破坏双电层,蛋白质分子就会凝集成大的质点而沉淀。集成大的质点而沉淀。+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化层水化层+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的
6、蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用 蛋白质的聚沉蛋白质的聚沉蛋蛋白白质质胶胶体体溶溶液液沉沉淀淀作作用用示示意意图图(1) 盐析法盐析法( salting out)向蛋白质溶液中加入大量中性盐向蛋白质溶液中加入大量中性盐使蛋白质沉淀称为盐析。使蛋白质沉淀称为盐析。常用的中性盐:常用的中性盐:不破坏蛋白质的构象,蛋白质不发生变性。不破坏蛋白质的构象,蛋白质不发生变性。硫酸铵、硫酸铵、硫酸钠、硫酸钠、 氯化钠等氯化钠等使蛋白质沉淀的方法使蛋白质沉淀的方法特点:特点:作用原理作用原理:盐离子与水的亲和力极强,可脱去蛋白盐离子与水的亲和
7、力极强,可脱去蛋白分子表面的水化层;盐离子中和蛋白分分子表面的水化层;盐离子中和蛋白分子表面的电荷,最终蛋白质聚集沉淀。子表面的电荷,最终蛋白质聚集沉淀。(2) 有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法使蛋白质脱去水化层,又能降低溶液的介电常使蛋白质脱去水化层,又能降低溶液的介电常数,增强异性电荷间的相互作用而使蛋白质分数,增强异性电荷间的相互作用而使蛋白质分子聚集沉淀。子聚集沉淀。 必须在低温下操作必须在低温下操作注意事项注意事项:尽量缩短处理的时间尽量缩短处理的时间 及时将蛋白质中残存的有机溶剂除去及时将蛋白质中残存的有机溶剂除去甲醇甲醇、乙醇、乙醇、丙酮丙酮缺点:缺点: 原理原理:常用有机溶剂常用有
8、机溶剂:常会使蛋白质变性常会使蛋白质变性重金属离子如重金属离子如Cu2+、Hg2+、Ag2+、Pb2+等带有正电荷,能与蛋白质分子中带负等带有正电荷,能与蛋白质分子中带负电的基团结合,生成不溶性的重金属蛋电的基团结合,生成不溶性的重金属蛋白盐而沉淀白盐而沉淀。(3) 重金属盐沉淀法重金属盐沉淀法常使蛋白质变性失活。常使蛋白质变性失活。若溶液若溶液pH大于蛋白质的大于蛋白质的pI,沉淀更易发生,沉淀更易发生缺点:缺点:原理原理:生物碱试剂生物碱试剂(如鞣酸、苦味酸、钨酸等如鞣酸、苦味酸、钨酸等),某些酸类某些酸类(主要是指三氯醋酸、磺酰水杨主要是指三氯醋酸、磺酰水杨酸和硝酸等酸和硝酸等)与带正电
9、的蛋白质结合生成与带正电的蛋白质结合生成不溶性的盐而沉淀。不溶性的盐而沉淀。(4) 生物碱试剂和某些酸类沉淀法生物碱试剂和某些酸类沉淀法反应溶液的反应溶液的pHpI,确保蛋,确保蛋白质以阳离子形式存在白质以阳离子形式存在 缺点:缺点: 原理原理:常引起蛋白质变性常引起蛋白质变性注意事项注意事项:(5)加热变性)加热变性n几乎所有的蛋白质都因加热变性而凝固n当蛋白质处于等电点时,加热凝固最完全,最迅速。n原理: 1、蛋白质天然结构解体,疏水基外露,破坏了蛋白质的水化层 2、破坏电荷情况n(一) 纯化的目标 n(二) 蛋白质分离纯化的一般原则 (一)目标(一)目标 n蛋白质在生物体中一般都是以复杂
10、的混合物形式存在,在实际工作中,要研究或应用某种蛋白质,必须将其分离提纯到一定的水平。n 研究蛋白质的分子结构、组成和某些物理化学性质,需要纯的均一的甚至是晶体的蛋白质样品;n 研究活性蛋白质的生物功能,不但需要把样品提纯到一定的水平,而且样品还要保持它的天然构象,要尽量避免因变性而失活;n 在制药工业中,需要把某些具有特殊功能的蛋白质提纯到规定的标准,特别是要把一些具有干扰或拮抗性质的成分除去。1、总目标 n(1)增加制品的纯度(purity)或比活性(specific activity)即增加单位蛋白质重量中目标蛋白质的含量或生物活性;n(2)并且使目标蛋白质的产量达到最高值。(二)一般原
11、则(二)一般原则 2、分离提纯的一般程序 含有目标蛋白质的动植物组织、细胞或微生物体 前处理 可溶性蛋白质混合物抽提液 粗分级分离已除去大量杂质的蛋白质浓缩液 细分级分离高纯度的蛋白质制品 电泳电泳 前前处处理理粗粗分分离离细细分分离离生物组织生物组织 无细胞提取液无细胞提取液破碎、抽提、差速离心破碎、抽提、差速离心选择性沉淀法亲和亲和层析层析离子交离子交换层析换层析精制后的蛋白质精制后的蛋白质凝胶凝胶过滤过滤疏水疏水层析层析吸附吸附层析层析四 蛋白质的分离纯化方法 分离提纯蛋白质的各种方法主要是利用分离提纯蛋白质的各种方法主要是利用蛋白质之间的各种特异性的差异,包括:蛋白质之间的各种特异性的
12、差异,包括: (1)分子大小分子大小; (2)溶解度溶解度; (3)电荷不同电荷不同; (4)选择性吸附选择性吸附; (5)对配体分子的生物学亲和力等对配体分子的生物学亲和力等。 (一)根据分子大小不同的纯化方法 1 透析透析(dialysis)和超滤和超滤(ultrafiltration)2 凝胶过滤凝胶过滤(gel filtration) 1 透析和超滤* 透析透析(dialysis)利用蛋白质分子不能透过半透膜的性质,使蛋利用蛋白质分子不能透过半透膜的性质,使蛋白质大分子与其他小分子物质分开的方法。白质大分子与其他小分子物质分开的方法。* * 超滤法超滤法 应用正压或离心力,使水和其他小
13、分子通过半透应用正压或离心力,使水和其他小分子通过半透膜而蛋白质被截留在膜上,达到膜而蛋白质被截留在膜上,达到浓缩浓缩或或脱盐脱盐粗粗分级分级的目的。的目的。透析与超过滤简易装置透析与超过滤简易装置超滤装置(1)凝胶过滤的介质2 凝胶过滤凝胶的网孔大小决定分离范围n能被该凝胶分离开来的蛋白质混合物的相对分子质量范围nSephadex G-50 1 50030 000 有时用排阻极限来表示分离范围的上限,排阻极限指不能扩散进入凝胶网孔的最小相对分子量,如Sephadex G-50的极限为30 000 常用的凝胶常用的凝胶 : 葡聚糖凝胶(商品名葡聚糖凝胶(商品名Sephadex)是由线型的是由线
14、型的-1,6-葡萄糖与葡萄糖与1-氯氯-2,3-环氧丙环氧丙烷反应而成烷反应而成,商品名为商品名为Sephadex 。聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶(商品名商品名Bio-GelP)是由单体丙烯酰胺和交联剂甲叉双丙烯酰胺共是由单体丙烯酰胺和交联剂甲叉双丙烯酰胺共聚而成,商品名为聚而成,商品名为Bio-Gel P。琼脂糖凝胶琼脂糖凝胶(Sepharose,Bio-gel A)是从琼脂中分离制得的,商品名为是从琼脂中分离制得的,商品名为Sepharose或或Bio-Gel ASephadexSepharosen以甲叉双丙烯酰胺为交联剂,将以甲叉双丙烯酰胺为交联剂,将丙烯酰丙烯酰胺胺(单体)聚合而成(单
15、体)聚合而成(2)凝胶过滤的原理凝胶过滤的原理: 当含有各种组分的样品流经凝胶层析柱时,大分子物质由于分子直径大,不易进入凝胶颗粒的微孔,沿凝胶颗粒的间隙以较快的速度流过凝胶柱。而小分子物质能够进入凝胶颗粒的微孔中,向下移动的速度较慢,从而使样品中各组分按相对分子质量从大到小的顺序先后流出层析柱,而达到分离的目的。 应用l凝胶层析法适用于分离和提纯蛋白质、凝胶层析法适用于分离和提纯蛋白质、酶、多肽、激素、多糖、核酸类等物质。酶、多肽、激素、多糖、核酸类等物质。l分子大小彼此相差分子大小彼此相差25%25%的样品,只要通过的样品,只要通过单一凝胶床就可以完全将它们分开。单一凝胶床就可以完全将它们
16、分开。l利用凝胶的分子筛特性,可对这些物质利用凝胶的分子筛特性,可对这些物质的溶液进行的溶液进行脱盐、去热源和脱色脱盐、去热源和脱色。(二)根据溶解度差别纯化的方法 影响蛋白质溶解度的外界因素主要有:影响蛋白质溶解度的外界因素主要有:(1)溶液的)溶液的pH,(2)离子强度)离子强度I,(3)介电常数)介电常数,(4)温度)温度T。 根据蛋白质分子结构的特点,适当改变上述根据蛋白质分子结构的特点,适当改变上述外界因素,就可以选择性的控制蛋白质混合物外界因素,就可以选择性的控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度,作为分离纯化蛋白质的中某一成分的溶解度,作为分离纯化蛋白质的一种手段。一种手段。利用蛋白
17、质在等电点时溶解度最低以及不同的蛋白质具有不同等电点一这特性,对蛋白质进行分离纯化的方法称为等电点沉淀法。 在等电点时,蛋白质分子的净电荷为零,消除了分子间的静电斥力,但由于水膜的存在,蛋白质仍有一定的溶解度而沉淀不完全,所以等电沉淀法经常与盐析法或有机溶剂沉淀法联合使用。 单独使用等电点法主要是用于去除等电点相距较大的杂蛋白。在加酸或加碱调节pH的过程中,要一边搅拌一边慢慢加入,以防止局部过酸或过碱 。1. 等电点沉淀和pH控制 2. 盐溶和盐析 n盐溶盐溶(salting in) 是指低浓度的中性盐可以增加蛋白质溶解度的现象。n盐析盐析(salting out) 是指当中性盐的离子强度增加
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