生物大分子分离纯化技术共43页文档

生物大分子分离与纯化技术是生物学、生物医学和生物工程领域中非常重要的技术之一。

它可以用于提取和分离生物大分子，从而达到纯化的目的。

本文将着重探讨的原理、方法和应用。

一、原理在生物细胞中，不同的生物大分子有着不同的形态、结构和性质。

为了分离和纯化这些生物大分子，需要利用它们的理化性质差异。

例如，蛋白质可以通过电泳分离，根据电荷、分子量等差异分离出不同的成分；核酸则可以通过浓度梯度离心分离，根据密度差异分离出单独的成分。

还有一些生物大分子，如多肽、糖类、脂质等，可以通过其他特殊方法分离。

二、方法1. 柱层析法柱层析法是中常用的重要方法之一。

它利用固定相（柱子中的树脂）和流动相（洗脱缓冲液）之间的相互作用来分离和纯化生物大分子。

根据固定相和洗脱缓冲液的不同性质，可以选择不同的柱层析方法，例如离子交换层析、凝胶过滤层析和亲和层析等。

2. 电泳法电泳法是基于生物大分子的电荷差异和分子量差异的原理，将不同的生物大分子分离并捕获的技术。

根据电泳介质、运行方式以及电场的不同条件，可以选择不同的电泳方法，如蛋白质电泳、DNA电泳、脂质电泳等。

3. 超滤法超滤法是利用微孔过滤膜的不同截留分子量，将生物大分子按照大小分离纯化的技术。

超滤法分为正压式和负压式，正压式是通过液体压力将生物大分子向膜孔内压缩，从而分离得到小分子；负压式是通过负压将大分子向膜孔内吸附，难以通过的是大分子。

4. 溶剂萃取法溶剂萃取法是将生物大分子从混合物中溶解到特定的有机溶剂中，然后通过反萃取、扩散等工艺，使它在不同相中转移、分离和纯化的方法。

5. 其他方法生物大分子的分离和纯化方法还有一些其他方法，例如磁性珠法、浓缩法、冷冻干燥法等。

三、应用在生物医学、生物工程、食品工业、环境保护和新能源开发等领域中有广泛的应用。

具体来说，1. 生物医学领域生物医学领域的应用主要是分离和纯化蛋白质和多肽类物质，如酶、抗体、激素、血浆蛋白等。

这些物质可以作为药物、诊断试剂、生物治疗的原材料等。

生物大分子的分离纯化方法由于生物体的组成成分是如此复杂，数千种乃至上万种生物分子又处于同一体系中，因此不可能有一个适合于各类分子的固定的分离程序，但多数分离工作关键部分的基本手段是相同的。

为了避免盲目性，节省实验探索时间，要认真参考和借鉴前人的经验，少走弯路。

常用的分离纯化方法和技术有：沉淀法（包括：盐析、有机溶剂沉淀、选择性沉淀等）、离心、吸附层析、凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析、快速制备型液相色谱以及等电聚焦制备电泳等。

本章以介绍沉淀法为主。

1 沉淀法沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出的过程。

沉淀法（即溶解度法）操作简便，成本低廉，不仅用于实验室中，也用于某些生产目的的制备过程，是分离纯化生物大分子，特别是制备蛋白质和酶时最常用的方法。

通过沉淀，将目的生物大分子转入固相沉淀或留在液相，而与杂质得到初步的分离。

此方法的基本原理是根据不同物质在溶剂中的溶解度不同而达到分离的目的，不同溶解度的产生是由于溶质分子之间及溶质与溶剂分子之间亲和力的差异而引起的，溶解度的大小与溶质和溶剂的化学性质及结构有关，溶剂组分的改变或加入某些沉淀剂以及改变溶液的pH值、离子强度和极性都会使溶质的溶解度产生明显的改变。

在生物大分子制备中最常用的几种沉淀方法是：⑴中性盐沉淀（盐析法）：多用于各种蛋白质和酶的分离纯化。

⑵有机溶剂沉淀：多用于蛋白质和酶、多糖、核酸以及生物小分子的分离纯化。

⑶选择性沉淀（热变性沉淀和酸碱变性沉淀）：多用于除去某些不耐热的和在一定pH值下易变性的杂蛋白。

⑷等电点沉淀：用于氨基酸、蛋白质及其他两性物质的沉淀，但此法单独应用较少，多与其他方法结合使用。

⑸有机聚合物沉淀：是发展较快的一种新方法，主要使用PEG聚乙二醇（Polyethyene glycol）作为沉淀剂。

1.1 中性盐沉淀（盐析法）在溶液中加入中性盐使生物大分子沉淀析出的过程称为“盐析”。

除了蛋白质和酶以外，多肽、多糖和核酸等都可以用盐析法进行沉淀分离，20％～40％饱和度的硫酸铵可以使许多病毒沉淀，43％饱和度的硫酸铵可以使DNA和rRNA 沉淀，而tRNA保留在上清。

化学反应中的生物大分子的分离纯化技术及应用研究随着人类对生命科学的研究与深入，生物大分子在生命科学领域中发挥着越来越重要的作用。

然而，想要从复杂的生物体系中获取纯净的生物大分子是一项相当艰巨的任务。

在化学反应中，为了获取纯净的产物，我们可以通过一系列的化学反应、溶剂萃取、蒸馏、结晶等步骤来进行分离纯化。

类似地，生物大分子也需要专业的分离纯化技术来获得单一、纯净的样品。

本文将重点介绍当前常用的生物大分子分离纯化技术及其应用研究。

一、凝胶过滤层析法凝胶过滤层析法（Gel Filtration Chromatography）也称为分子筛层析法，是其中的一种分离技术，是利用分子筛过滤作用，通过大小分离生物大分子的方法。

也就是说，当一个混合物在溶液中进行层析时，它们将按大小顺序逐渐与凝胶内的微孔隔离出来。

而较大的生物大分子将无法通过凝胶微孔，而较小的物质则可随着溶液进一步深入凝胶内部，最终通过洗脱。

凝胶过滤层析法的主要优点是操作简单，具有较好的纯化效果。

它特别适用于大分子的纯化，例如酶、蛋白质、多肽、高分子以及其它具有不同分子量的物质混合物的分离。

凝胶过滤层析法被广泛应用于生物学、有机化学、生物制药等领域。

二、离子交换层析法离子交换层析法（Ion-exchange chromatography），是指利用固定正、负离子的功能基团，与可带电荷的分子间的相互作用力，实现对样品分离纯化的技术。

离子交换层析法的选择与离子交换柱的理化性质、样品离子性质和操作条件有关。

离子交换层析法的主要优点是它是一种高效、简便、快速并且基本上不损害生物大分子的分离纯化方法。

在生物大分子的纯化过程中，如果杂质物质与目标物质都带有电荷，离子交换层析是非常好的选择。

离子交换层析可以用于酸性、碱性、中等等多种环境下的分离纯化。

三、膜过滤分离技术膜过滤技术（Membrane Filtration）是指利用膜的结构及其物理化学理性，在分离过程中分离溶液体系。

生物大分子的分离纯化（透析、超滤、冷冻干燥）1. 透析自Thomas Graham 1861年发明透析方法至今已有一百多年。

透析已成为生物化学实验室最简便最常用的分离纯化技术之一。

在生物大分子的制备过程中，除盐、除少量有机溶剂、除去生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术。

透析只需要使用专用的半透膜即可完成。

通常是将半透膜制成袋状，将生物大分子样品溶液置入袋内，将此透析袋浸入水或缓冲液中，样品溶液中的大分子量的生物大分子被截留在袋内，而盐和小分子物质不断扩散透析到袋外，直到袋内外两边的浓度达到平衡为止。

保留在透析袋内未透析出的样品溶液称为"保留液"，袋（膜）外的溶液称为"渗出液"或"透析液"。

透析的动力是扩散压，扩散压是由横跨膜两边的浓度梯度形成的。

透析的速度反比于膜的厚度，正比于欲透析的小分子溶质在膜内外两边的浓度梯度，还正比于膜的面积和温度，通常是4℃透析，升高温度可加快透析速度。

透析膜可用动物膜和玻璃纸等，但用的最多的还是用纤维素制成的透析膜，目前常用的是美国Union Carbide （联合碳化物公司）和美国光谱医学公司生产的各种尺寸的透析管，截留分子量MwCO（即留在透析袋内的生物大分子的最小分子量，缩写为MwCO）通常为1万左右。

商品透析袋制成管状，其扁平宽度为23 mm～50 mm不等。

为防干裂，出厂时都用10％的甘油处理过，并含有极微量的硫化物、重金属和一些具有紫外吸收的杂质，它们对蛋白质和其它生物活性物质有害，用前必须除去。

可先用50％乙醇煮沸1小时，再依次用50％乙醇、0.01 mol/L碳酸氢钠和0.001 mol/L EDTA溶液洗涤，最后用蒸馏水冲洗即可使用。

实验证明，50％乙醇处理对除去具有紫外吸收的杂质特别有效。

使用后的透析袋洗净后可存于4℃蒸馏水中，若长时间不用，可加少量NaN2，以防长菌。

洗净凉干的透析袋弯折时易裂口，用时必须仔细检查，不漏时方可重复使用。