酶的分离纯化课件.ppt
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- 分离 纯化 课件
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1、第四章第四章 酶的分离纯化及产品成型酶的分离纯化及产品成型(1)酶的抽提)酶的抽提(2)酶的分离纯化:沉淀分离、离心分离、)酶的分离纯化:沉淀分离、离心分离、膜过滤、层析分离、电泳分离膜过滤、层析分离、电泳分离(3)酶液的浓缩、结晶、干燥、成型)酶液的浓缩、结晶、干燥、成型(4 4)酶纯化过程)酶纯化过程 的纯度监测的纯度监测本章知识点:本章知识点:一、生物下游加工技术一、生物下游加工技术u下游加工过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等下游加工过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等过程。过程。u生物产物从原料(培养液或细胞)生产到产品的后处理技术生物产物从原料(培养液或细胞)生产到
2、产品的后处理技术(分离纯化技术)的发展,使低成本、高收率地纯化目标产(分离纯化技术)的发展,使低成本、高收率地纯化目标产物成为现实。物成为现实。大多数酶的回收纯化过程成本约占大多数酶的回收纯化过程成本约占70%70%;医用酶的生产回收过程的成本高达医用酶的生产回收过程的成本高达85%85%;基因工程表达产物的回收纯化过程成本一般占基因工程表达产物的回收纯化过程成本一般占85-90%85-90%以上;以上;青霉素回收过程成本约占青霉素回收过程成本约占50%50%;乙醇的回收过程成本仅占乙醇的回收过程成本仅占14%14%。二、分离纯化的一般流程二、分离纯化的一般流程原料液原料液细胞分离(离心、过滤
3、)细胞分离(离心、过滤)细胞细胞(胞内产物)(胞内产物)清液清液(胞外产物)(胞外产物)细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离粗分离粗分离纯化纯化成品化成品化线路线路2线路线路1 人干扰素、是一种重要蛋白类生物药品,具有抗癌和治疗人干扰素、是一种重要蛋白类生物药品,具有抗癌和治疗肝炎等作用。肝炎等作用。Yonehara等人:等人:醋酸锌盐析醋酸锌盐析离子交换层析离子交换层析硫酸铵盐析硫酸铵盐析铜螯合层析铜螯合层析疏水层析疏水层析凝胶电泳凝胶电泳staehelin等人:等人:硫酸铵盐析硫酸铵盐析免疫亲和层析免疫亲和层析阳离子交换层析阳离子交换层析(83.0%)(62.7%)(96.2%)(46.0%)
4、(78.3%)(88.9%)共六步,总收率仅为共六步,总收率仅为16%仅三步,总收率达仅三步,总收率达81.0%在实践工作中选择方法时在实践工作中选择方法时:首先首先,应对被纯化的酶的理化性质有应对被纯化的酶的理化性质有个比较全面的了个比较全面的了解解;其次其次,判断采用的方法和条件是否得当,始终以测定酶,判断采用的方法和条件是否得当,始终以测定酶活性为标准。活性为标准。再者再者,在纯化工作中,往往不宜重复采用相同的步骤和在纯化工作中,往往不宜重复采用相同的步骤和条件。条件。最后最后,要严格控制操作条件。随着酶的逐步纯净,杂蛋,要严格控制操作条件。随着酶的逐步纯净,杂蛋白含量亦逐步降低,蛋白质
5、之间的相互作用力随之下降白含量亦逐步降低,蛋白质之间的相互作用力随之下降,酶更不稳定,因此酶更不稳定,因此,更要防止酶变性。更要防止酶变性。三、酶分离纯化的基本原则三、酶分离纯化的基本原则 (一)酶分离纯化包括三个基本环节(一)酶分离纯化包括三个基本环节抽提抽提纯化纯化精制精制(二)酶分离纯化应注意以下问题(二)酶分离纯化应注意以下问题1 1、防止酶变性失活:温度、防止酶变性失活:温度、pHpH、泡沫、重金属等。、泡沫、重金属等。2 2、选择有效的纯化方法。、选择有效的纯化方法。3 3、酶活性测定与总蛋白质含量测定应贯穿纯化过程的、酶活性测定与总蛋白质含量测定应贯穿纯化过程的始终。始终。第一节
6、第一节 从发酵液制取酶提取液(酶溶液的制备)从发酵液制取酶提取液(酶溶液的制备)一、发酵液的预处理一、发酵液的预处理目的:目的:降低粘度,便于固液分离降低粘度,便于固液分离方法:方法:(1 1)加热:)加热:适用于耐热的酶,注意常要加适当的酶保护剂。适用于耐热的酶,注意常要加适当的酶保护剂。(2 2)加凝聚剂或絮凝剂)加凝聚剂或絮凝剂 (3 3)调)调pHpH值值二、固液分离二、固液分离方法:方法:(1 1)离心分离;()离心分离;(2 2)过滤;()过滤;(3 3)双水相萃取)双水相萃取三、细胞破碎三、细胞破碎机械破碎法机械破碎法物理破碎法物理破碎法化学破碎法化学破碎法:甲苯、丙酮、丁醇、氯
7、仿等有机溶剂和甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂和TritonTriton、Tween Tween等表面活性剂等表面活性剂酶促破碎法酶促破碎法捣碎法捣碎法:捣碎机捣碎机研磨法研磨法:研钵、细菌磨、石磨、球磨等研钵、细菌磨、石磨、球磨等匀浆法匀浆法:匀浆器匀浆器温度差破碎法温度差破碎法:冻融交替法冻融交替法压力差破碎法压力差破碎法:高压冲击法、突然降压法、渗透压变化法高压冲击法、突然降压法、渗透压变化法超声波破碎法超声波破碎法自溶法自溶法加酶处理加酶处理G+G+菌:溶菌酶菌:溶菌酶G-G-菌:溶菌酶、巯基乙醇等菌:溶菌酶、巯基乙醇等酵母菌:酵母菌:-葡聚糖酶和溶菌酶葡聚糖酶和溶菌酶霉菌:几丁质酶霉
8、菌:几丁质酶四、抽提四、抽提(一)抽提方法(一)抽提方法 指在一定的条件下,用适当的溶剂处理含酶原料,使酶充指在一定的条件下,用适当的溶剂处理含酶原料,使酶充分溶解到溶剂中的过程,也称为酶的提取。分溶解到溶剂中的过程,也称为酶的提取。四稀:稀酸、稀碱、稀盐、稀有机溶剂四稀:稀酸、稀碱、稀盐、稀有机溶剂(二)抽提过程中的注意事项(二)抽提过程中的注意事项1 1、pHpH值:选择的值:选择的pHpH值不超出酶的酸碱稳定范围;值不超出酶的酸碱稳定范围;最好远离待抽提酶的等电点。最好远离待抽提酶的等电点。2 2、温度:通常控制在、温度:通常控制在0404左右,尤其是采用有机溶剂提取时。左右,尤其是采用
9、有机溶剂提取时。3 3、抽提液体积(用量)、抽提液体积(用量)抽提液的用量一般为含酶原料体积的抽提液的用量一般为含酶原料体积的2525倍。可一次抽提,也可分几次倍。可一次抽提,也可分几次反复抽提。反复抽提。4 4、为提高酶的稳定性,可以加入适量的保护剂。、为提高酶的稳定性,可以加入适量的保护剂。分离依据的性质分离方法根据分大小、轻重离心分离、凝胶过滤、膜分离根据溶解度大小盐析沉淀、有机溶剂沉淀、共沉淀、选择性沉淀、等电点沉淀根据电学性质离子交换层析、电泳分离根据稳定性差异选择性热变性法、选择性酸碱变性法、选择性表面变性法根据亲和作用亲和层析、亲和电泳酶分离纯化方法:酶分离纯化方法:现有的纯化方
10、法,都是以酶与杂蛋白在理化性质、稳定现有的纯化方法,都是以酶与杂蛋白在理化性质、稳定性上的差异以及酶的生物学特性为依据而建立起来的。性上的差异以及酶的生物学特性为依据而建立起来的。第三节第三节 酶的沉淀分离酶的沉淀分离盐析沉淀法盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法、复合沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法、复合沉淀法一、盐析沉淀法一、盐析沉淀法1 1、原理:、原理:2 2、硫酸铵盐析的优点、硫酸铵盐析的优点 优点:优点:在水中溶解度大,溶解的温度系数小;在水中溶解度大,溶解的温度系数小;价廉,便宜;价廉,便宜;可保护酶。可保护酶。缺点缺点:溶解过程随浓度增加的体积变化是非线性的变化。:溶解
11、过程随浓度增加的体积变化是非线性的变化。3 3、盐析操作、盐析操作(1 1)硫酸铵的饱和度)硫酸铵的饱和度100%(NHNH4 4)2 2SOSO4 4 的饱和度(的饱和度(%)=实际浓度实际浓度饱和浓度饱和浓度0.4S=40%(饱和度)(饱和度)(2 2)调整盐浓度的方法)调整盐浓度的方法加饱和(加饱和(NH4)2SO4 溶液:溶液:VV0(S2-S1)1-S2=V0 原来溶液的体积原来溶液的体积V 所需加入饱和硫酸铵的体积所需加入饱和硫酸铵的体积S1 原来溶液的硫酸铵饱和度原来溶液的硫酸铵饱和度S2 所需达到的硫酸铵饱和度所需达到的硫酸铵饱和度 例:将例:将2升升0.2S的硫酸的硫酸铵溶液
12、提升至铵溶液提升至0.5S,需加饱,需加饱和硫酸铵多少升?溶液体积和硫酸铵多少升?溶液体积增加多少倍?增加多少倍?加固体(加固体(NH4)2SO4:WB(S2-S1)1 AS2=W 将将1L饱和度为饱和度为S1的溶液提高到的溶液提高到 S2所所要添加的固体硫酸铵要添加的固体硫酸铵克克数;数;A、B 与温度有关的经验常数与温度有关的经验常数 例:某酶制剂厂生产例:某酶制剂厂生产15吨蛋吨蛋白酶发酵液,用硫酸铵进行盐析白酶发酵液,用硫酸铵进行盐析,要求硫酸铵的饱和度达到要求硫酸铵的饱和度达到40%,计算需要加入固体硫酸铵多少计算需要加入固体硫酸铵多少kg?(25)经验常数010202530A0.2
13、710.2810.2900.2940.298B(g/L)514.72525.05536.34541.24 545.88(mol/L)3.093.974.064.104.133680Kg(25)(25)当溶液体积不大,要达到的盐浓度不高,可以加当溶液体积不大,要达到的盐浓度不高,可以加入饱和硫酸铵溶液;当溶液体积较大,要达到的盐入饱和硫酸铵溶液;当溶液体积较大,要达到的盐浓度又较高,此时加入固体硫酸铵较好。浓度又较高,此时加入固体硫酸铵较好。4 4、为了得到较好的盐析效果,应控制下列因素、为了得到较好的盐析效果,应控制下列因素(1 1)不同酶,盐析时所需的盐浓度各不相同。实际料液中目)不同酶,盐
14、析时所需的盐浓度各不相同。实际料液中目标酶的盐析沉淀操作前,所需的硫酸铵浓度或饱和度可通过实标酶的盐析沉淀操作前,所需的硫酸铵浓度或饱和度可通过实验确定。验确定。(2 2)加盐操作时,防止局部盐浓度过高,防止产生泡沫。)加盐操作时,防止局部盐浓度过高,防止产生泡沫。(3 3)pHpH值和温度:等电点附近,室温或低温操作。值和温度:等电点附近,室温或低温操作。(5 5)脱盐:超滤、透析或层析。)脱盐:超滤、透析或层析。(4 4)蛋白质浓度:样品液的蛋白质浓度一般控制在)蛋白质浓度:样品液的蛋白质浓度一般控制在2.53.0%为宜,太浓时应适当稀释,以减少杂蛋白共沉淀。为宜,太浓时应适当稀释,以减少
15、杂蛋白共沉淀。(二)等电点沉淀(二)等电点沉淀1、原理、原理2、实际操作、实际操作 与其他方法一起使用(盐析、有机溶剂沉淀、复合沉淀)。与其他方法一起使用(盐析、有机溶剂沉淀、复合沉淀)。单独使用时,主要是用于从粗酶中除去某些等电点相距较单独使用时,主要是用于从粗酶中除去某些等电点相距较大的杂蛋白大的杂蛋白 。3、注意、注意 加酸碱调节加酸碱调节pHpH值时,防止局部酸碱过高。值时,防止局部酸碱过高。(三)有机溶剂沉淀法(三)有机溶剂沉淀法1、作用原理、作用原理 去水膜;降低介电常数、破坏氢键。去水膜;降低介电常数、破坏氢键。2、注意、注意 低沸点,易燃易爆;低温操作,沉淀析出后要尽快分离。低
16、沸点,易燃易爆;低温操作,沉淀析出后要尽快分离。(四)复合物沉淀法(四)复合物沉淀法1、原理、原理2、常用的复合沉淀剂:、常用的复合沉淀剂:单宁、聚乙二醇、聚丙烯酸等高分子聚合物。单宁、聚乙二醇、聚丙烯酸等高分子聚合物。PAA +酶酶 PAA-酶酶 PAA-酶酶 PAA +酶酶 PAA +酶酶+Ca 2+PAA-Ca 2+酶酶 PAA-Ca 2+SO4 2-CaSO4 +PAApH6以上以上(五)选择性变性沉淀法(五)选择性变性沉淀法1、热变性法:热变性法:根据目的酶与杂蛋白热稳定性差异,可以在根据目的酶与杂蛋白热稳定性差异,可以在较高温度下,使杂蛋白变性沉淀,而酶则保持可溶状态。较高温度下,
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