基础生物化学实验-离子交换层析

离子交换层析法一、原理离子交换层析法是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。

由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的pH条件下，其带电状况也不同。

阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。

结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。

反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的pH值洗脱下来。

二、方法与步骤：1.实验试剂与仪器：可溶性蛋白质溶液、TB缓冲液、NaCl溶液、乙醇、去离子水，层析柱、移液器、尼龙纱布、离子交换剂......2.实验步骤（1）装柱：取出层析柱，用去离子水冲洗干净，连接好管子后固定柱子;用水冲洗层析柱3-5次，每次10ml去离子水;取出填料，静止至室温后，根据需要用移液器取出3-5ml的填料进行装柱，用去离子水冲洗填料5个柱体积;（2）柱的平衡与上样：用0.02M TB bufferA缓冲液(PH7.6)平衡Ni柱，直至流出液的pH为7.6;对处理的样品进行过滤后，缓慢上样让蛋白充分结合;（3）洗杂蛋白：用0.02M TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，清洗没有结合到层析柱上的杂蛋白，至流出液与缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;用含10mMNaCL的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含10mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;分别用含20mMNaCL、40mMNaCL、60mMNaCL、80mMNaCL、100mMNaCL 的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含20mMNaCL、40mMNaCL、60mMNaCL、80mMNaCL、100mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测；（4）解离目的蛋白（洗脱）：分别用含100mMNaCL、200mMNaCL、500mMNaCL、1000mMNaCL的TB bufferA 缓冲液(PH7.6)过柱，共洗约30ml，至流出液与含100mMNaCL、200mMNaCL、500mMNaCL、1000mMNaCL的TB bufferA 缓冲液的OD值接近为止，流出液取20ul做SDS-PAGE检测;（5）柱的清洗与保存：用含1000mMNaCL的TB bufferA缓冲液(PH7.6)以冲洗层析柱，共冲洗30ml;用浓度为1.5M的NaCl溶液冲洗层析柱，共冲洗30ml;用过滤去离子水冲洗50ml;用20%乙醇冲洗30ml后于4℃20%乙醇中保存。

离子交换层析介质得应用离子交换层析分离纯化生物大分子得过程,主要就是利用各种分子得可离解性、离子得净电荷、表面电荷分布得电性差异而进行选择分离得。

现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁得纯化技术之一。

离子交换层析(IｏｎExcｈａnｇｅChromatｏgraphｙ简称为IＥC)就是以离子交换剂为固定相,依据流动相中得组分离子与交换剂上得平衡离子进行可逆交换时得结合力大小得差别而进行分离得一种层析方法。

离子交换层析就是目前生物化学领域中常用得一种层析方法,广泛得应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等得分离纯化。

1、离子交换层析得基本原理:ﻫ离子交换层析就是通过带电得溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化得方法,也可以认为就是蛋白质分子中带电得氨基酸与带相反电荷得介质得骨架相互作用而达到分离纯化得方法。

离子交换层析法主要依赖电荷间得相互作用,利用带电分子中电荷得微小差异而进行分离,具有较高得分离容量。

几乎所有得生物大分子都就是极性得,都可使其带电,所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子得分离、中等纯化及精制得各个步骤中。

由于离子交换层析法分辨率高,工作容量大,并容易操作,因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立得操作单元,也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化得一种重要得方法。

目前,在生化分离中约有75%得工艺采用离子交换层析法。

2、离子交换层析介质:离子交换层析得固定相就是离子交换剂,它就是由一类不溶于水得惰性高分子聚合物基质通过一定得化学反应共价结合上某种电荷基团形成得。

离子交换剂可以分为三部分:高分子聚合物基质、电荷基团与平衡离子。

电荷基团与高分子聚合物共价结合,形成一个带电得可进行离子交换得基团。

平衡离子就是结合于电荷基团上得相反离子,它能与溶液中其它得离子基团发生可逆得交换反应。

平衡离子带正电得离子交换剂能与带正电得离子基团发生交换作用,称为阳离子交换剂;平衡离子带负电得离子交换剂与带负电得离子基团发生交换作用,称为阴离子交换剂。

离子交换层析法的原理
离子交换层析法是一种根据物质带电性质差异，从而实现分离纯化的层析技术。

该方法的原理是以离子交换剂为固定相，以特定的含离子的溶液为流动相，利用离子交换剂对需要分离的各种蛋白质结合力的差异，而将混合物中不同蛋白质进行分离。

离子交换的本质是目标物和介质功能配基之间的静电相互作用，蛋白质的带电性是由蛋白质多肽中带电氨基酸决定的，而蛋白质中氨基酸的电性又取决于介质中的pH，所以蛋白质的带电性也就依赖于介质的pH。

层析时，离子交换树脂的分子中有活性基并带有阴、阳电荷，在水溶液中可与其它阴、阳离子起交换作用，这种交换作用是可逆的，遵循化学平衡原理。

通过连续添加洗脱液，溶液平衡向右进行，可以把原有离子交换树脂上的活性离子洗脱下来，而带有相同电荷的离子被交换吸附在树脂上，然后被吸附的物质又可用另一种洗脱液洗下来，从而达到分离提取的目的。

离子交换层析在各方面的应用离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。

离子交换层析技术已广泛用于各学科领域。

在生物化学及临床生化检验中主要用于分离氨基酸、多肽及蛋白质，也可用于分离核酸、核苷酸及其它带电荷的生物分子。

【2】2009年方希修，王冬梅等人应用平板式膜超滤技术与DEAE高子交换层析法对卵黄免疫球蛋白(IgY)进行分高纯化，经DEAE离子交换层析得到高纯度的IgY。

【4】2010年马江涛、陈昕等人使用Bio—Rad的DiaSTAT糖化血红蛋白检测系统(LPLC)和Biosystem.S.A的微柱离子交换层析法分别测定糖化血红蛋白，并进行精密度、网收率、干扰闪素及相关性的比较分析,证明了离子交换层析法测定糖化血红蛋白的方法适合临床常规应用。

【5】2010年蒋超，张或等人用超滤、阳离子交换层析方法从热钙法处理过的干酪乳清中分离纯化乳铁蛋白，其纯度达93.6%。

近年来，随着合成技术的发展和生产的需要，人工合成的刚性材料被陆续开发出来，这也是未来离子交换介质发展的一个趋势。

1.层析分离纯化家兔血清PONl条件的优化代恒、赵敏等人报道，Paraoxonase(PONl)是--个钙离子依赖的酯酶，它可以水解包括有机磷类，芳香酯类在内的多种化合物。

作为一种生物酶，PONl 可以在普通的生物环境下将有机磷类毒剂迅速水解，使之分解为无毒或低毒的化合物。

存在于血清中的PONl，可达到在有机磷毒物到达它的生物受体之前将其清除的目的。

在本研究中，使用Cibacron Blue F3GA琼脂糖的假亲和层析得到初步分离富含PONl的Cibacron流分，选定DEAE Sepharose Fast Flow为离子交换层析介质，通过AKTA purifier全自动层析仪，在PH值分别为7．0，7．5，8．0，8．5，9．0，9．5条件下对Cibacron流分进行离子交换层析。

阴离子交换层析原理
阴离子交换层析是一种常用的色谱分离技术，其原理是利用固定在固定相上的阴离子交换剂与待分离物质中的阴离子之间的相互作用来实现物质的分离。

在这种技术中，固定相通常是一种带有阴离子交换基团的树脂，而移动相则是一种能够与阴离子交换剂竞争结合的离子溶液。

在进行阴离子交换层析时，待分离物质首先被溶解在移动相中，并注入到固定相柱中。

由于固定相上的阴离子交换剂具有一定的亲和性，它们会与待分离物质中的阴离子发生竞争性结合，从而使得不同阴离子之间发生分离。

随着移动相的不断流动，不同的阴离子将会以不同的速率被释放出来，从而实现它们的分离。

在实际的应用中，阴离子交换层析技术通常被用于分离和富集水中的阴离子物质，比如离子色谱法中常用的氯离子、硝酸盐离子、磷酸盐离子等。

此外，阴离子交换层析技术还可以应用于生物化学领域，用于分离和富集蛋白质、核酸等生物大分子中的阴离子物质。

总的来说，阴离子交换层析技术是一种简单、快速、高效的分离技术，具有广泛的应用前景。

通过对其原理的深入理解和实际操作的掌握，可以更好地应用于实际的科研和生产中，为我们的工作带来更多的便利和效益。

简介离子交换层析（Ion Exchange Chromatography简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。

1848年，Thompson等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。

本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性的聚苯乙烯离子交换树脂。

50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。

目前离子交换层析仍是生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。

基本原理离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进行分离纯化的。

离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。

离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。

电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。

平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。

平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。

其中R代表离子交换剂的高分子聚合物基质，X- 和X+ 分别代表阳离子交换剂和阴离子交换剂中与高分子聚合物共价结合的电荷基团，Y+ 和Y- 分别代表阳离子交换剂和阴离子交换剂的平衡离子，A+ 和A- 分别代表溶液中的离子基团。

从上面的反应式中可以看出，如果A离子与离子交换剂的结合力强于Y离子，或者提高A离子的浓度，或者通过改变其它一些条件，可以使A离子将Y离子从离子交换剂上置换出来。

也就是说，在一定条件下，溶液中的某种离子基团可以把平衡离子置换出来，并通过电荷基团结合到固定相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交换层析的基本置换反应。

离子交换层析的纯化原理离子交换层析是一种常用的分离纯化技术，它基于离子交换作用原理，通过离子交换树脂将混合物中的离子进行吸附和释放，从而实现对目标离子的纯化。

离子交换层析在生物分子的分离纯化、水处理、药物纯化等领域具有广泛的应用。

离子交换层析的纯化原理包括离子的吸附和释放步骤，具体过程如下：1. 吸附阶段：在离子交换层析中，选择具有离子交换基团的树脂作为固定相，常见的有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。

在混合物中，选择性地吸附目标离子，其他离子则通过树脂层析柱。

当混合物溶液通过层析柱时，目标离子与离子交换基团发生静电作用，被吸附在树脂上。

吸附过程可通过控制pH值、离子浓度和离子交换柱的选择来实现。

2. 洗脱阶段：吸附在树脂上的目标离子可以通过改变溶液性质来实现释放。

这可以通过改变pH值、离子浓度或添加竞争性离子等方式来实现。

当采用酸性洗脱时，通过调节pH值，使目标离子与交换基团结合的静电作用减弱或破坏，从而使目标离子从树脂上解吸下来。

类似地，碱性条件下发生的酸洗脱也可以通过调节pH值实现目标离子的解吸。

此外，还有一些特殊洗脱方法，如温度调控法、浓度梯度洗脱法等。

离子交换层析的纯化原理主要包括两个方面：选择性吸附和静电作用。

1. 选择性吸附：离子交换树脂的交换基团具有特定的亲和性和选择性，可以选择性地吸附目标离子。

交换基团通常是带电的官能团，如硫酸树脂的交换基团为SO3-，对应着可吸附阳离子。

这些交换基团与离子之间通过静电作用或化学键形成吸附结合，从而实现离子的选择性吸附。

通过调节交换基团的类型和性质，可以选择性吸附不同类型的离子。

2. 静电作用：离子交换主要通过静电作用来实现离子与交换基团的结合和解离。

当目标离子与交换基团发生静电作用时，会产生电荷之间的相互作用力。

离子交换树脂通常带有正电荷或负电荷，吸附的离子通常与树脂的电荷相反。

当pH值适当时，离子交换层析系统中溶液中的目标离子与交换树脂之间会出现较大的静电吸引力，从而实现目标离子的吸附。

离子交换层析的原理离子交换层析（Ion-Exchange Chromatography，简称IEC）是一种常用的分离和纯化生物大分子的方法。

该方法基于弱酸性或弱碱性的高分子吸附物质与带电离子之间的相互作用，利用其选择性地吸附、分离和纯化带电离子。

在吸附步骤中，样品溶液通过含有离子交换基团的固相介质（通常是高分子树脂）时，带电离子与固相介质表面的离子交换基团发生相互作用。

对于阳离子交换树脂，固相表面上的阴离子交换基团可以与带正电荷的离子结合，而对于阴离子交换树脂，固相表面上的阳离子交换基团可以与带负电荷的离子结合。

吸附度取决于样品中离子的电荷性质、离子交换基团的性质和浓度，以及环境条件（如pH、温度等）。

洗脱步骤是将在固相上吸附的离子从固相上解离出来，通过改变洗脱溶剂的性质或浓度来实现。

这种方法基于洗脱溶剂中的离子与固相上吸附的离子进行竞争吸附，使被吸附的离子被替换出来。

常用的洗脱溶剂包括反离子和酸碱溶液。

阳离子交换层析主要适用于分离和纯化带正电荷的生物大分子，如蛋白质和多肽。

这种层析材料通常含有阴离子交换基团，如羧基（-COO-）或磺酸基（-SO3-）。

在吸附步骤中，带正电荷的生物大分子与固相上的阴离子交换基团结合。

洗脱步骤中，通过增加洗脱溶剂中的盐浓度或改变pH值来解离吸附的离子。

阴离子交换层析适用于分离和纯化带负电荷的生物大分子，如核酸和糖类。

这种层析材料通常含有阳离子交换基团，如胺基（-NH2）或季铵盐基（-N+(CH3)3）。

在吸附步骤中，带负电荷的生物大分子与固相上的阳离子交换基团结合。

洗脱步骤中，通过增加洗脱溶剂中的阴离子浓度或改变pH值来解离吸附的离子。

离子交换层析广泛应用于生物制药、生物化学和生物学研究中，可以用于纯化重组蛋白、肽段、核酸和多糖等生物大分子。

这种技术具有选择性高、适应性强、纯化效果好的优点，为生物大分子的研究和应用提供了重要的工具。

离子交换柱层析操作离子交换柱层析在生物分离和纯化中广泛应用，包括蛋白质分离和纯化。

蛋白质通常具有带电的氨基酸残基，可以与柱子上的离子交换基团发生静电相互作用。

在离子交换柱层析中，通过调节溶液的pH值和离子浓度，可以控制蛋白质与柱子上的离子交换基团之间的相互作用，从而实现蛋白质的选择性吸附和洗脱。

1.离子交换柱的选择：根据所要分离的目标分子的特性选择合适的离子交换柱。

离子交换柱可以根据其固定相的性质分为阴离子交换柱和阳离子交换柱，根据离子交换基团的类型分为疏水基团和孔隙基团等。

2.样品预处理：将待分离的样品进行预处理，包括清除杂质、富集目标分子等步骤，以获得较高的纯度和回收率。

3.样品加载：将预处理过的样品溶液加载到离子交换柱上。

样品溶液中的目标分子与离子交换基团之间发生静电相互作用，被柱子上的固定相吸附。

4.柱洗脱：通过调节洗脱缓冲液的pH值、离子浓度或盐浓度等条件，改变目标分子与离子交换基团之间的相互作用，使其从柱子上洗脱下来。

5.纯化目标分子：将洗脱得到的目标分子进一步纯化和收集，可以通过再次进行柱层析、凝胶过滤、电泳等方法进行。

离子交换柱层析操作对于蛋白质的纯化十分重要。

在蛋白质纯化中，可以根据蛋白质的等电点和溶液的pH值选择合适的离子交换柱，实现对特定蛋白质的选择性吸附和洗脱。

通过优化离子交换柱层析操作的条件，可以获得较高纯度和产量的蛋白质。

总结起来，离子交换柱层析操作是一种常用的用于生物分离和纯化的方法。

它利用样品中带电的离子与柱子上的离子交换基团之间的相互作用，实现对生物分子的选择性吸附和洗脱。

离子交换柱层析对于蛋白质的纯化具有重要意义，可以通过调节柱层析条件实现对特定蛋白质的纯化和富集。

离子交换柱层析操作是一种非常有用和广泛应用的生物分离技术。