【正确答案】现有的各种蛋白质分离纯化技术,主要是根据蛋白质之间某些理化性质上的差异,如分子大小、溶解度、电离性、吸附性以及生物学功能专一性等,进行设计的。
(1)根据蛋白质分子大小不同进行分离:
①透析和超滤:这是根据蛋白质分子不能透过半透膜的胶体性质,利用半透膜阻留蛋白质分子,使之与其他可通过膜的小分子物质分离开。超滤是在上述基础上增加压力,迫使蛋白质混合物中的其他小分子通过超滤膜,而使蛋白质分子被阻留在膜上。
②离心沉降法:蛋白质颗粒在超速离心场内的沉降趋势,不仅与蛋白质的颗粒大小有关,而且和它的密度有关。对于分子大小近似、密度差异较大的蛋白质分子多采用沉降平衡法进行分离;而对于密度相近似、大小差异较大的蛋白质分子则多采用沉降速度离心法进行分离。
③凝胶过滤层析:凝胶是具有网孔状结构的颗粒,当分子大小不同的蛋白质混合液流经凝胶装成的层析柱时,比凝胶孔径小的蛋白分子进入网孔内,比凝胶网孔大的蛋白分子则被排阻在外,当用溶剂洗脱时,大分子先被洗脱下来,小分子后被洗脱下来,故可用分部收集法将不同的蛋白质分离开。
(2)根据蛋白质溶解度的差异进行分离:蛋白质在溶液中的溶解度常随环境pH、离子强度、溶剂的介电常数以及温度等因素改变而改变。所以利用改变环境条件,控制其溶解度,可以分离不同的蛋白质。
①等电点沉淀:利用蛋白质等电点时溶解度最小的原理,调节混合蛋白质溶液的pH值,达到目的蛋白质的等电点使其沉淀,其他蛋白质仍溶于溶液中。
②盐析:向溶液中加入中性盐达一定饱和度,使目的蛋白质沉淀析出。最常用的中性盐是硫酸铵,它的溶解度大,在高浓度时也不易引起蛋白质变性,而且使用方便、价格便宜。
③有机溶剂沉淀:蛋白质的溶解度与介质的介电常数有关,在蛋白质溶液中加入介电常数较低而与水互溶的有机溶剂(如乙醇、丙酮等)能降低水的介电常数,使蛋白质分子中相反电荷间的引力增强,加之有机溶剂也能脱去蛋白质分子表面水膜的作用,故使蛋白质易于凝聚而沉淀。
(3)根据蛋白质的电离性质不同进行分离:蛋白质具有多种电离基团,根据在不同pH条件下解离情况不同的特性,可分离各种蛋白质。
①电泳:是当前应用广泛的分离纯化蛋白质的一种手段。当蛋白质在非等电点状态时净电荷不为零,在电场中要向与其带相反电荷的电极泳动。不同蛋白质分子所带的电荷性质、数量以及分子大小、形状等不同,所以各有其不同的迁移速度而彼此分离。电泳技术不仅用于蛋白质,而且也用于氨基酸、肽、核苷酸、核酸等生物分子的分离分析和制备。
②离子交换层析:也是利用蛋白质两性解离的特点,以阳离子(或阴离子)交换剂装成层析柱。当蛋白质混合液进柱后,根据各自的荷电性与离子交换剂的阳离子(或阴离子)发生交换而被结合其上,再用不同pH或不同离子强度的洗脱液进行洗脱。由于柱内各蛋白质分子的荷电情况不同而以先后次序被洗脱下来,分部收集即达到分离的目的。
③亲和层析:这是利用蛋白质具有特异的生物化学性质而设计的。某些蛋白质能与其相应的专一性配基进行特异的非共价结合。例如某些酶蛋白的活性中心或变构中心部位,能和专一性的底物、抑制剂、辅酶或变构因子等物质结合,在一定条件下又能解离。亲和层析的基本方法是先将目的蛋白质的专一配基通过适当的化学反应共价连接在某些固体载体上,常用的载体有琼脂糖凝胶等。将此载体装成层析柱,使含有待分离的目的蛋白的混合液流过层析柱,目的蛋白即与其专一配基结合而被吸附在带有此配基的载体表面。混合液中其他杂蛋白不能与此配基结合而自由流过层析柱被洗脱。最后换成含有游离配基的洗脱液即可将可逆结合在载体配基上的目的蛋白解离并洗脱下来。
【答案解析】