谁能帮忙具体讲解一下Hofmeister效应，谢谢O∩

化学物质与蛋白质的相互作用 化学物质与蛋白质的的沉淀作用 沉淀作用的类型 可逆沉淀 定义： 在温和条件下， 通过改变溶液的 pH 或电荷状况， 使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。 蛋白质在沉淀过程中， 结构和性质都没有发生变化， 在适当条件下， 可以重新溶解形成溶液， 所以这种沉淀又称为非变类型： 可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法， 如等电点沉淀法、 盐析法和有机溶剂沉淀法等。 不可逆沉淀 定义： 在强烈沉淀条件下， 不仅破坏了 蛋白质胶体的溶液的稳定性， 而且也破坏了蛋白质的结构和性质， 产生的蛋白质沉淀不可能再溶解于水。 由于沉淀过程中发生了蛋白质结构和性质的变化， 所以又称为变性沉淀。 类型： 加热沉淀、 强酸碱沉淀、 重金属盐沉淀等 沉淀剂的类型 无机物沉淀 盐析 定义： 低浓度的中性盐可以增加蛋白质的溶解度， 此现象叫盐溶。 继续向蛋白质溶液中加入大量的中性盐（硫酸铵、 硫酸钠、 氯化钠） 使蛋白质沉淀析出的现象叫做盐析（水与离子的相互作用增加了蛋白质表面的疏水补丁的相互作用； 同时瓦解了 以电荷为基础的蛋白质分子之间的作用） 。 盐析方程： lgS=lgS0-KSI S0 -离子强度为零时的溶解度 S-蛋白质在某一离子强度溶液中的溶解度 KS -盐析常数 第一类： Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Ni2+、 Cu2+、 Zn2+、 Cd2+,能和蛋白质分子表面的羧基、氨基、 咪唑基、 胍基等侧链结合 第二类： Ca2+、 Ba2+、 Mg2+、 Pb2+、 能和蛋白质分子表面的羧基结合， 但不能和含氮化合物结合 金属离子沉淀法 第三类： Ag2+、 Hg2+、 Pb2+、 能和蛋白质分子表面的巯基等侧链相结合 优点： 在稀溶液中对蛋白质有较强的沉淀能力。 处理后残余的金属离子可以用离子交换树脂和螯合剂除去。 等电点沉淀 定义： 在低的离子强度下， 用无机或有机酸碱调 PH 至等电点， 使蛋白质所带静电荷为零， 能大大降低其溶解度。 （适用于巯水性较强的蛋白质。 ） 主要优点： 很多蛋白质的等电点都在偏酸范围内， 而无机酸通常较廉价， 并且某些酸， 如磷酸、 盐酸、 和硫酸的应用能为蛋白质食品所允许。 同时， 常可直接进行其他纯化操作， 无需将残余的酸除去。 主要缺点： 酸化时易使蛋白质失活， 这是由于蛋白质对于低 PH 比较敏感所致。 有机物沉淀 优点： 溶剂容易蒸发除去， 不会残留在成品中， 因此适用于制备食品蛋白质。 而且有机溶剂密度低， 与沉淀物密度差大， 便于离心分离。 原理： 加入有机溶剂于蛋白质溶液中产生多种效应， 这些效应结合起来使蛋白质沉淀。 主要效应是水活度的降低。 （最常用的溶剂是乙醇和丙酮） 有机溶剂 缺点： 容易使蛋白质变性失活， 且有机溶剂易燃、 易爆、 安全要求高。 酚类化合物 定义： 当蛋白质溶液 PH 小于其等电点时， 蛋白质颗粒带有正电荷， 容易与酚类化合物或有机酸酸根所带的负电荷发生作用生成不溶性盐而沉淀。 （这类化合物包括鞣酸、 苦味酸、 三氯乙酸、 磺酰水杨酸等） 聚合物沉淀 及有机酸沉淀 非离子型聚合物 定义： 许多非离子型聚合物， 包括聚乙二醇（PEG） 可用来进行选择性沉淀以纯化蛋白质。 聚合物的作用认为与有机溶剂相似， 能降低水化物， 使蛋白质沉淀。 PDE 的使用:低分子量的蛋白质沉淀加入大量 PDE， 反之亦然。 所用的 PDE 的浓度通常为 20%， 浓度再高，会使粘度增大， 造成沉淀的回收比较困难。 且其不必除去。 聚电解质沉淀法 定义： 有一些离子型多糖化合物可应用于沉淀食品蛋白质。 如羧甲基纤维素， 海藻酸盐、 果胶酸盐、 卡拉胶等。 原理： 主要作用力是静电引力。 （加入量不能太多， 否则会引起胶融作用而重新溶解。 ） 化学物质对蛋白质的稳定作用 蛋 白质 不可 逆失 活的 化学 因素 强酸和强碱： 强的无机酸碱以及有机酸碱都可以改变蛋白质的 pH,引起蛋白质表面必须基团的电离； 由于各氨基酸残基所带电荷的相互吸引或者相互排斥使蛋白质的空间结构发生较大变化， 造成蛋白质分子聚集， 导致不可逆失活； 在强酸、 强碱条件下， 肽键也容易发生断裂。 氧化剂： 各种氧化剂能够氧化芳香族侧链的氨基酸以及甲硫氨酸、 半胱氨酸、 和胱氨酸残基； 分子氧、 过氧化氢氧自由基等是最常见的氧化剂。 在生物体内， 蛋白质的失活主要是通过活性氧（羟基自由基、 超氧离子、 过氧化氢、 过氧化物等来完成的。 ） 去 污 剂 和 活性表面剂： 离子表面活性剂： 阴离子： 如 SDS(十二烷基硫酸钠)阳离子： 癸基三甲基氯化铵、 十六烷基三甲基氯化铵等， 对蛋白质的变形能力比阴离子弱。 非离子去污剂： 通常不能使蛋白质变性。 变性剂 脲和盐酸胍： 高浓度的脲（8~10mol/L） 和盐酸胍（6mol/L） 与蛋白质多肽链作用， 破坏蛋白质分子内维持其二级结构和高级结构的氢键， 引起蛋白质不可逆失活。 有机溶剂： 取代蛋白质表面的结合水， 并通过疏水作用与蛋白质结合， 改变溶液的介电常数， 从而影响维持蛋白质天然构想的非共价力的平衡。 螯合剂： EDTA 与金属离子形成配位聚合物， 从而使酶失去金属辅助因子， 从而导致酶或者蛋白质的构想发生较大的改变， 导致蛋白质不可逆失活。 重 金 属 离 子和巯基试剂 重金属离子： （如 Hg2+、 Cd2+、 Pb2+等） 能与能与蛋白质分子中的半胱氨酸的巯基、 组氨酸的咪唑基、 色氨酸的吲哚基反应， 使蛋白质不可逆失活。 巯基试剂： （如巯基乙醇） 通过还原蛋白质分子内的二硫键使蛋白质失活（一般可逆） 。 低分子量的含二硫键的试剂可以与蛋白质分子中的的巯基作用， 使蛋白质失活。 蛋白质的稳定 常 用 方法：固化法： 将酶或者蛋白质多点连接于载体上。 添加剂： 保护蛋白质不受氧化剂氧化， 不受变性剂变性 化学修饰： 共价交联， 使蛋白质构想固化。 添加剂 共溶剂： 糖类、 醇、 氨基酸及其衍生物、 无机盐、 甘油、 多聚物（如聚乙二醇） 等被称为蛋白质共溶剂。 其改变溶液的热力学性质， 在蛋白质表面完全水化和共溶剂完全结合之间建立平衡， 使天然蛋白质稳定性增强， 理论上成为优先排阻作用。 抗氧化剂和还原剂： 蛋白质表面的半胱氨酸极容易被空气中的氧缓慢氧化而变成次磺酸或者二硫化物， 从而使蛋白质的电荷或者形状发生改变而失活。 （加入一些巯基试剂或者植物蛋白质课防止这种氧化。 ） 底物、 辅酶： 一些酶可以被底物、 辅酶或者竞争性抑制剂及反应产物所稳定。 其可能是降低活性中心的能量水平， 使酶趋于稳定。 金属离子： 如 Ca2+的存在可以稳定枯草杆菌蛋白酶、 灰色链丝菌蛋白酶和胰蛋白酶等， Ca2+与这些蛋白质的结合相当于与底物结合。 重金属离子可能引起酶活性抑制。 都具有长链疏水尾 和 亲水的 极性头 具有两个反应活性部位的双功能基团 同行双功能试剂： 两端具有相同的活性反应基团， 如 N-羟基琥珀酰亚胺酯， 二硝基氟苯、 双亚胺基酯等对氨基有专一性， 戊二醛也可与羟基反应。 异性双功能交联剂： 一端与氨基作用， 另一端与巯基作用（用碳二亚胺做交联剂， 第二个反应基团是羧基） 。 可被光活化的交联剂： 一端先于蛋白质反应， 经光照后， 另一端再产生一个活性基团， 如碳烯或者氮烯， 他们具有较高反应性，没有专一性。 可裂解型交联剂: 不可裂解型交联剂 化学交联剂 化学物质对蛋白质侧链基团的共价修饰作用外源化合物与生物大分子相互作用主要两个方式 共价结合： 当外源化合物的活性代谢产物与细胞内重要生物大分子共价结合时， 发生烷基化或芳基化，导致 DNA 损伤， 蛋白质正常功能丧失， 乃至细胞的损伤和死亡。 非共价结合 生物体内蛋白质加合物的形成 可与蛋白质发生反应的化合物（课本 148 页表格） ： 除少数烷化剂外， 绝大多数外源化合物需经体内代谢活化， 转为亲电子的活性代谢物再与细胞内生物大分子的亲核部位和基团发生共价结合。 蛋白质分子中的可反应基团： 氨基酸分子中的氨基和羧基、 丝氨酸和苏氨酸特有的羟基、 半胱氨酸分子中的巯基， 精氨酸分子中的胍基、 组氨酸分子中的咪唑基、 酪氨酸分子内中的酚基、 色氨酸分子中的吲哚基。 这些部位与源化合物发生共价结合， 会影响蛋白质的结构和功能。 与蛋白质的共价结合： 白蛋白是血液和组织间质中的主要蛋白质， 也是脂肪酸、 内源性（生物体内存在） 化合物及外源性（非生物体内存在） 化合物运输的主要载体， 容易与终致癌物结合形成共价加合物。 与血红蛋白共价结合： 外援化合物进入血液后， 可与红细胞膜结合而进入红细胞内与血红蛋白发生共价结合。 与细胞内蛋白质发生共价结合： 进入体内的外源化合物或其代谢产物可与浆胞、 质膜以及细胞核内的蛋白质发生共价结合形成加合物。 （如溴苯一种重要的肝脏毒物） ； 有些非遗传毒性致癌物与浆胞蛋白或者核蛋白共价结合， 对细胞造成不利影响。 特定的氨基酸残基侧链基团的修饰 蛋白质侧链基团的修饰是通过选择性的试剂或亲和标记试剂与蛋白质分子侧链上特定的功能基团发生化合反应来实现的。 修饰试剂的作用不专一， 不但与蛋白质必须基团作用， 也和非必须基团作用。 巯基化学修饰 烷基化试剂是一种重要的巯基修饰试剂， 尤其是碘乙酸和碘乙酰胺， 可用于多肽链氨基酸顺序分析过程中防止半胱氨酸的氧化。 N-乙基马来酰亚胺： 有较强的专一性， 伴随光变化， 容易通过光吸收变化确定反应程度。 5,5`-二硫-2-硝基苯甲酸（DTNB） ： 又称 Ellman 试剂， 最常用的巯基修饰试剂， 可通过光吸收变化确定反应程度 有机汞试剂： 最常用对氯汞苯甲酸， 溶于水中形成羟基衍生物， 与巯基相互作用时在 255nm 处光吸收具有较大的增强效应。 氨基化学修饰： 赖氨酸残基可被选择性修饰， 三硝基苯磺酸（TNBS） 与赖氨酸残基发生反应， 在 420nm 处和 367nm 处有光吸收 羧基化学修饰： 水溶性的碳化二亚胺类化学物可修饰蛋白质分子中的羧基基团 咪唑基的化学修饰： 组氨酸残基的咪唑基课通过氮原子的烷基化或碳原子的亲核取代来修饰， 常用焦炭酸（DPC） 二乙脂来修饰 酚和脂肪族羟基的化学修饰： 四硝基甲烷(TNM)可用于修饰络氨酸残基， 产生离子化的发色基团——3-硝基络氨酸衍生物。 胍基的化学修饰： 苯乙二醛： 两分子苯乙二醛与一份子精氨酸残基不可逆结合。 精氨酸残旧修饰试剂（如 4-羟基-3-硝基苯乙二醛） 可使被修饰的精氨酸残基在 405nm 处具有光吸收。 对硝基苯乙二醛修饰精氨酸残基可以得到唯一产物。 亲和性标记： 对于底物或者配体的结合部位具有一定亲和性， 因而能够结合选择性的结合在蛋白质的表面上的特定部位； 由于它们的化合反应性， 这类类似物能够与蛋白质分子共价结合； 这类反应试剂具有饱和性， 与底物或者天然配体竞争蛋白质的结合位点。 主要有光亲和标记和自杀性抑制剂两种类型， 自杀性抑制剂作为底物没有反应活性。 丁二酮和 1,2-环己二酮与胍基反应可逆生成精氨酸-丁二酮复合物， 该物与硼酸结合稳定。 蛋白质光谱探针 蛋白质吸光探针 金属探针 双缩脲法： 双缩脲与碱性溶液中与二价铜离子生成紫红色化合物， 具有 2 个和 2 个以上化合物都具有双缩脲反应， 紫红色化合物可在 540nm 处测量吸光度 Folin-Lowry 法： Lowry 等将双缩脲试剂和 Folin 酚试剂结合使用， 在蛋白质发生双缩脲反应之后， 再和 Folin 酚试剂反应， 此试剂在碱性条件下被蛋白质中络氨酸的酚基还原， 生成颜色更深的化合物， 可在 640nm 处测量。 双辛可宁酸法（BCA 法） ： 在碱性条件下， 蛋白质分子中的肽键与铜离子反应生成 Cu（I） 、 Cu(I)再与 BCA 反应形成紫色络合物， 在 565nm 测量吸光度。 染料探针 原理： 利用蛋白质和染料结合成沉淀或者改变结合燃料的光吸收特性， 借助燃料颜色的颜色的减退或减退变化的程度来测定蛋白质的含量。 溴酚蓝： 该试剂颜色对比度为 160nm， 反应在 pH3.2 左右进行， 在 600nm 测量吸光度。 溴甲酚绿： 对比度约为 170nm， 反应在 pH4.2 进行， 628nm 测量吸光度。 考马斯亮蓝： 在酸性条件下， 考马斯亮蓝与蛋白质结合。 其吸收高峰从 465nm 移至 595nm， 颜色由棕黄色转为深蓝色 蛋白质荧光探针 蛋白质光散射探针 蛋白质分子中存在络氨酸、 色氨酸、 苯丙氨酸残基， 能够吸收 270~300nm 的紫外光而发出紫外荧光。 小分子配体能与蛋白质发生相互作用， 导致蛋白质荧光的淬灭， 利用小分子配体对蛋白质内源性荧光的淬灭这一现象可以确定蛋白质与小分子配体的作用类型及结合部位。 作为一个好的荧光探针满足的条件 1.探针分子与蛋白质分子的某一微区必须有特异性的结合， 并且结合比较牢固； 2.探针的荧光必须对环境条件敏感 3.蛋白质分子与探针结合后不影响其原来的结构和特性。

蛋白质的分离纯化方法很多，主要有：

（一）根据蛋白质溶解度不同的分离方法

1、蛋白质的盐析

中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响，一般在低盐浓度下随着盐浓度升高，蛋白质的溶解度增加，此称盐溶；当盐浓度继续升高时，蛋白质的溶解度不同程度下降并先后析出，这种现象称盐析，将大量盐加到蛋白质溶液中，高浓度的盐离子（如硫酸铵的SO4和NH4)有很强的水化力，可夺取蛋白质分子的水化层，使之“失水”，于是蛋白质胶粒凝结并沉淀析出。盐析时若溶液pH在蛋白质等电点则效果更好。由于各种蛋白质分子颗粒大小、亲水程度不同，故盐析所需的盐浓度也不一样，因此调节混合蛋白质溶液中的中性盐浓度可使各种蛋白质分段沉淀。

影响盐析的因素有：（1）温度：除对温度敏感的蛋白质在低温（4度）操作外，一般可在室温中进行。一般温度低蛋白质溶介度降低。但有的蛋白质（如血红蛋白、肌红蛋白、清蛋白）在较高的温度（25度）比0度时溶解度低，更容易盐析。（2）pH值：大多数蛋白质在等电点时在浓盐溶液中的溶介度最低。（3）蛋白质浓度：蛋白质浓度高时，欲分离的蛋白质常常夹杂着其他蛋白质地一起沉淀出来（共沉现象）。因此在盐析前血清要加等量生理盐水稀释，使蛋白质含量在2.5-3.0%。

蛋白质盐析常用的中性盐，主要有硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠等。

其中应用最多的硫酸铵，它的优点是温度系数小而溶解度大（25度时饱和溶液为4.1M，即767克/升；0度时饱和溶解度为3.9M，即676克/升），在这一溶解度范围内，许多蛋白质和酶都可以盐析出来；另外硫酸铵分段盐析效果也比其他盐好，不易引起蛋白质变性。硫酸铵溶液的pH常在4.5-5.5之间，当用其他pH值进行盐析时，需用硫酸或氨水调节。

蛋白质在用盐析沉淀分离后，需要将蛋白质中的盐除去，常用的办法是透析，即把蛋白质溶液装入秀析袋内（常用的是玻璃纸），用缓冲液进行透析，并不断的更换缓冲液，因透析所需时间较长，所以最好在低温中进行。此外也可用葡萄糖凝胶G-25或G-50过柱的办法除盐，所用的时间就比较短。

2、等电点沉淀法

蛋白质在静电状态时颗粒之间的静电斥力最小，因而溶解度也最小，各种蛋白质的等电点有差别，可利用调节溶液的pH达到某一蛋白质的等电点使之沉淀，但此法很少单独使用，可与盐析法结合用。

3、低温有机溶剂沉淀法

用与水可混溶的有机溶剂，甲醇，乙醇或丙酮，可使多数蛋白质溶解度降低并析出，此法分辨力比盐析高，但蛋白质较易变性，应在低温下进行。

（二）根据蛋白质分子大小的差别的分离方法

1、透析与超滤

透析法是利用半透膜将分子大小不同的蛋白质分开。

超滤法是利用高压力或离心力，强使水和其他小的溶质分子通过半透膜，而蛋白质留在膜上，可选择不同孔径的泸膜截留不同分子量的蛋白质。

2、凝胶过滤法

也称分子排阻层析或分子筛层析，这是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一。柱中最常用的填充材料是葡萄糖凝胶（Sephadex

ged）和琼脂糖凝胶（agarose gel）。

（三）根据蛋白质带电性质进行分离

蛋白质在不同pH环境中带电性质和电荷数量不同，可将其分开。

1、电泳法

各种蛋白质在同一pH条件下，因分子量和电荷数量不同而在电场中的迁移率不同而得以分开。值得重视的是等电聚焦电泳，这是利用一种两性电解质作为载体，电泳时两性电解质形成一个由正极到负极逐渐增加的pH梯度，当带一定电荷的蛋白质在其中泳动时，到达各自等电点的pH位置就停止，此法可用于分析和制备各种蛋白质。

2、离子交换层析法

离子交换剂有阳离子交换剂（如：羧甲基纤维素；CM-纤维素）和阴离子交换剂（二乙氨基乙基纤维素；DEAE?FONT

FACE="宋体"

LANG="ZH-CN">纤维素），当被分离的蛋白质溶液流经离子交换层析柱时，带有与离子交换剂相反电荷的蛋白质被吸附在离子交换剂上，随后用改变pH或离子强度办法将吸附的蛋白质洗脱下来。（详见层析技术章）

（四）根据配体特异性的分离方法－亲和色谱法

亲和层析法（aflinity

chromatography）是分离蛋白质的一种极为有效的方法，它经常只需经过一步处理即可使某种待提纯的蛋白质从很复杂的蛋白质混合物中分离出来，而且纯度很高。这种方法是根据某些蛋白质与另一种称为配体(Ligand）的分子能特异而非共价地结合。其基本原理：蛋白质在组织或细胞中是以复杂的混合物形式存在，每种类型的细胞都含有上千种不同的蛋白质，因此蛋白质的分离（Separation），提纯（Purification）

和鉴定（Characterization）是生物化学中的重要的一部分，至今还没的单独或一套现成的方法能移把任何一种蛋白质从复杂的混合蛋白质中提取出来，因此往往采取几种方法联合使用。

细胞的破碎

1、高速组织捣碎：将材料配成稀糊状液，放置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最慢处，开动开关后，逐步加速至所需速度。此法适用于动物内脏组织、植物肉质种子等。

2、玻璃匀浆器匀浆：先将剪碎的组织置于管中，再套入研杆来回研磨，上下移动，即可将细胞研碎，此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高，适用于量少和动物脏器组织。

3、超声波处理法：用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂，此法多适用于微生物材料，用大肠杆菌制备各种酶，常选用50-100毫克菌体/毫升浓度，在1KG至10KG频率下处理10-15分钟，此法的缺点是在处理过程会产生大量的热，应采取相应降温措施。对超声波敏感和核酸应慎用。

4、反复冻融法：将细胞在-20度以下冰冻，室温融解，反复几次，由于细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀，使细胞结构破碎。

5、化学处理法：有些动物细胞，例如肿瘤细胞可采用十二烷基磺酸钠（SDS）、去氧胆酸钠等细胞膜破坏，细菌细胞壁较厚，可采用溶菌酶处理效果更好。

无论用哪一种方法破碎组织细胞，都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中，使大分子生物降解，导致天然物质量的减少，加入二异丙基氟磷酸（DFP）可以抑制或减慢自溶作用；加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性，加入苯甲磺酰氟化物（PMSF）也能清除蛋白水解酥活力，但不是全部，还可通过选择pH、温度或离子强度等，使这些条件都要适合于目的物质的提取。

浓缩、干燥及保存

一、样品的浓缩

生物大分子在制备过程中由于过柱纯化而样品变得很稀，为了保存和鉴定的目的，往往需要进行浓缩。常用的浓缩方法的：

1、减压加温蒸发浓缩

通过降低液面压力使液体沸点降低，减压的真空度愈高，液体沸点降得愈低，蒸发愈快，此法适用于一些不耐热的生物大分子的浓缩。

2、空气流动蒸发浓缩

空气的流动可使液体加速蒸发,铺成薄层的溶液，表面不断通过空气流；或将生物大分子溶液装入透析袋内置于冷室，用电扇对准吹风，使透过膜外的溶剂不沁蒸发，而达到浓缩目的，此法浓缩速度慢，不适于大量溶液的浓缩。

3、冰冻法

生物大分子在低温结成冰，盐类及生物大分子不进入冰内而留在液相中，操作时先将待浓缩的溶液冷却使之变成固体，然后缓慢地融解，利用溶剂与溶质融点介点的差别而达到除去大部分溶剂的目的。如蛋白质和酶的盐溶液用此法浓缩时，不含蛋白质和酶的纯冰结晶浮于液面，蛋白质和酶则集中于下层溶液中，移去上层冰块，可得蛋白质和酶的浓缩液。

4、吸收法

通过吸收剂直接收除去溶液中溶液分子使之浓缩。所用的吸收剂必需与溶液不起化学反应，对生物大分子不吸附，易与溶液分开。常用的吸收剂有聚乙二醇，聚乙稀吡咯酮、蔗糖和凝胶等，使用聚乙二醇吸收剂时，先将生物大分子溶液装入半透膜的袋里，外加聚乙二醇复盖置于4度下，袋内溶剂渗出即被聚乙二醇迅速吸去，聚乙二醇被水饱和后要更换新的直至达到所需要的体积。

5、超滤法

超滤法是使用一种特别的薄膜对溶液中各种溶质分子进行选择性过滤的方法，不液体在一定压力下（氮气压或真空泵压）通过膜时，溶剂和小分子透过，大分子受阻保留，这是近年来发展起来的新方法，最适于生物大分子尤其是蛋白质和酶的浓缩或脱盐，并具有成本低，操作方便，条件温和，能较好地保持生物大分子的活性，回收率高等优点。应用超滤法关键在于膜的选择，不同类型和规格的膜，水的流速，分子量截止值（即大体上能被膜保留分子最小分子量值）等参数均不同，必须根据工作需要来选用。另外，超滤装置形式，溶质成份及性质、溶液浓度等都对超滤效果的一定影响。Diaflo

超滤膜的分子量截留值：

膜名称分子量截留值孔的大的平均直径

XM－300300，000140

XM－200100，00055

XM－5050，00030

PM－30 30，00022

UM－2020，00018

PM－1010，00015

UM－21，00012

UM05500 10

用上面的超滤膜制成空心的纤维管，将很多根这样的管拢成一束，管的两端与低离子强度的缓冲液相连，使缓冲液不断地在管中流动。然后将纤维管浸入待透析的蛋白质溶液中。当缓冲液流过纤维管时，则小分子很易透过膜而扩散，大分子则不能。这就是纤维过滤秀析法，由于透析面积增大，因而使透析时间缩短10倍。

P8思考题：1、5、6

1、 生物分离工程：是指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。P1

2、 生物分离纯化过程的一般流程可分为几大部分?分别包括哪些单元操作？P4

答：一、发酵液的预处理（固液分离）：单元操作：过滤和离心；

二、产物的提取（初纯化）：单元操作：沉淀、吸附、萃取、超滤；

三、产物的精制（高度纯化）：单元操作：层析（包括柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱；

四、成品的加工处理：单元操作：浓缩、结晶和干燥；

3、 生物分离工程的特点有哪些？P6

答：①原料液体系非常复杂，杂质含量高，难于分离；②原料液一般为产物浓度很低的水溶液；③原料液抗环境变化能力差，容易变性失活；④分离过程必须保持目标物的生物活性；⑤分离粗产物纯度低，最终产品纯度要求极高，而对与人类生命息息相关的生物产物的质量要求必须达到国家相关标准；⑥常无固定操作方法可循；⑦分离操作步骤多，不易获得高收率；⑧对于基因工程产品，一般要求在密封环境下操作；⑨分离纯化过程代价昂贵，产品回收率低。

第二章 发酵液的预处理

1、 发酵液预处理的方法：P11

按预处理的目的分为：提高过滤速度的方法、改变发酵液性质的方法和杂质去除的方法

具体的方法有：凝集和絮凝、加热法、调节PH法、加水稀释法、加入助滤剂法、加吸附剂法或加盐法、高价态无机离子去除的方法、可溶性杂蛋白质去除的方法、色素及其他杂质去除的方法。

2、 凝集：指在投加的化学物质(如水解的凝集剂、铝、铁的盐类或石灰等)作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。P11

3、 絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。P12

4、 具体方法中常采用的物质试剂：P14~15

调节PH法：一般采用草酸等有机酸或某些无机的酸碱；

高价态无机离子去除的方法：

①、 Ca2＋的去除：常采用的酸化剂为草酸；

②、 Mg2＋的去除：采用加入磷酸盐，是Mg＋生成磷酸镁沉淀的方法；

③、 Fe3＋的去除：采用加入黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀的方法。

5、 影响发酵液过滤的因素：P17

一、 菌种：决定发酵液中各种悬浮粒子的大小和形状；

二、 发酵液黏度：通常发酵液黏度越大，分离速度越慢

影响其因素有：①发酵条件、②放罐时间、③发酵染菌、④发酵液的PH、温度

6、 错流过滤：料液流动方向与过滤介质平行的过滤，常用的过滤介质为微孔滤膜或超滤膜，主要适用于悬浮粒子细小的发酵液，如细菌发酵液的过滤。P18

7、 发酵液的过滤设备：

按过滤的推动力分为：重力式过滤器、压力式过滤器、真空式过滤器和离心式过滤器四种。P23

第三章 细胞分离技术

1、 细胞破碎的方法：P34 根据破碎机理不同，可分为：

⑴机械破碎法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法和其他类型的机械破碎法；

⑵物理破碎法：冻融法、低温玻璃化法；

⑶化学渗透法：酸碱法、盐法、表面活性剂处理、有机溶剂法、变性剂法、温和化学渗透剂处理；

⑷酶溶法：降解细胞壁。

2、 变性剂的作用：变性剂（如盐酸胍和脲）的加入，可削弱氢键的作用，使胞内产物相互之间的作用力减弱，从而易于释放。P38

3、 包含体：是聚集蛋白质形成的浓密颗粒（密度达1.3mg/ml），可在光学显微镜下观察到，直径可达μm级，呈无定形或类晶体。

4、 蛋白质复性：又称再折叠，是指变性蛋白质在变性剂去除或浓度降低后，就会自发地从变性的热不稳定状态向热稳定状态转变，形成具有生物学功能的天然结构。P42

复性方法：①稀释与透析复性法、②色谱复性技术、反胶束萃取复性法。

第四章 沉淀技术

1、 沉淀：又称为沉析，是指在溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低，生成无定形固体从溶液中析出的过程。P48

2、 蛋白质沉淀方法：P51

盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、非离子多聚物沉淀法、生成盐复合物法、选择性的变性沉淀、亲和沉淀及SIS聚合物与亲和沉淀等。

3、 盐析：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀出来的现象。P51

4、 盐析原理：在蛋白质溶液中加入大量中性盐后，破坏蛋白质分子上的亲水基团与水分子作用形成的水化层，夺走水分子，破坏水膜，暴露出疏水区域，同时中和电荷，使颗粒间的相互斥力丧失，布朗运动加剧，导致蛋白质分子相互结合成聚集物而沉淀析出。P51

5、 影响盐析的因素：P52

① 蛋白质种类、②离子类型、③温度和PH、④盐的加入方式、⑤蛋白质的原始浓度。

6、脱盐处理的方法：透析法、超滤及凝胶过滤法。P55

7、有机溶剂沉淀法的原理：P56

一传统观点：在蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等有机溶剂，水的活度降低，水对蛋白质分子表面的水化程度降低，即破坏了蛋白质表面的水化层；另外，溶液的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而聚集和沉淀。

二新观点：有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键，使其空间结构发生某种程度的变化，致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层，从而使蛋白质沉淀，而当蛋白质的空间结构发生变形超过一定程度时，便会导致完全的变性。

第五章 萃取技术

1、萃取：是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液（原料）中提取出来的方法。P64

2、分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中分配时，达到分配平衡后，如果其在两相中的相对分子质量相等，则其在两相中的平衡浓度之比为一常数，此常数称为分配常数A，A=c1/c2 P64

3、分配常数在使用时，必须注意满足3个条件：P65

①必须是稀溶液；②溶质对溶剂的互溶度没有影响；③溶质在两相中必须是同一分类型，不发生缔合伙离解。

4、工业上液液萃取的基本过程包括几个步骤：P67

①混合：料液与萃取剂充分混合并形成乳浊液的过程，设备：混合器；

②分离：将乳浊液分开形成萃取相和萃余相的过程，设备：分离器；

③溶剂回收：从萃取相或萃余相中回收萃取剂的过程，设备：回收器。

5、按操作流程划分，液液萃取可分为：P67

①单级萃取，②多级萃取：多级错流萃取和多级逆流萃取。

6、影响有机溶剂萃取的因素：P73

一水相条件的影响：影响萃取操作的因素：主要有PH、温度、无机盐等

①PH ②温度 ③盐析 ④带溶剂

二有机溶剂的选择

三乳化现象：乳化是一种液体分散在另一种不相混合的液体的现象。P75

7、去乳化剂有两种：①阳离子表面活性剂溴代十五烷基吡啶，适用于破坏W/O型乳浊液；

②阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠，易溶于水，微溶于有机溶剂，适用于破坏W/O型乳浊液。P75

8、 聚合物的不相溶性：两种聚合物分子间如存在相互排斥作用，即某种分子的周围将聚集同种分子而非异种分子，达到平衡时，就有可能分成两相，而两种聚合物分别进入一相中的现象。P80

9、在生化工程中得到广泛应用的双水相体系主要是：聚乙二醇-葡聚糖体系和聚乙二醇-无机盐系统。P80

10、液膜分离系统的膜相组成：通常有膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强剂构成。P87

11、液膜分类：根据其结构可分为3种 P87

①乳状液膜，②支撑液膜，③流动液膜

12、液膜萃取机理：根据待分离溶质种类的不同，可分为以下几种类型。P89

一单纯迁移：

二促进迁移：

三载体输送：

13、流动载体的选择原则：①溶解性，②络合性，③稳定性。 P92

14、溶胀：是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大的现象。P94

15、反胶团：若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团。P99

16、反胶团的优点：P99

⑴极性“水核”具有较强的溶解能力；

⑵生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用；

⑶由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。

17、反胶团萃取蛋白质的推动力：萃取过程是静电力、疏水力、空间力、亲和力或几种力协同作用的结果，其中蛋白质与表面活性剂性头间的静电相互作用是主要推动力。P100

18、液固萃取的过程：包括润湿、溶解、扩散、和置换，其中置换中浸取的关键在于保持最大的浓度梯度。P103

19、超临界流体特点：P107

⑴在临界点的附近，密度线聚集于临界点周围，压力或温度的小范围变化，就会引起流体密度的大幅度变化；

⑵超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，黏度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质；

⑶在临界点附近，会出现流体的密度、黏度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。

20、超临界流体萃取的原理：P107

它是利用超临界流体(SCF)，即温度和压力略超过或靠近临界温度(Tc)和临界压力（Pc）、介于气体和液体之间的流体，作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和纯化的目的。

21、超临界流体萃取的典型流程有：等温法、等压法和吸附法。P113

第六章 膜分离过程

1、膜分离过程：是用具有选择透过性的天然或合成薄膜为分离介质，在膜两侧的推动力（如压力差、浓度差、电位差、温度差等）作用下，原料液体混合物或气体混合物中的某个或某些组分选择地透过膜，使混合物达到分离、分级、提纯、富集和浓缩的过程。P120

2、膜的功能：①物质的识别与透过；②相界面；③反应场。

3、浓差极化：较高的压力和料液浓度以及缓慢的膜面流速可造成膜表面溶质浓度高于主体浓度，形成高浓度边界层，使料液侧膜面的渗透压升高，有效压差减小的现象。P127

4、凝胶极化：是指在膜分离的过程中，由于溶质受到膜的截留作用，不能完全通过膜，溶质在膜表面附近浓度升高，导致膜两侧的有效压差减少，膜的通透量降低，当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质析出，并在膜的表面形成凝胶层的过程。

5、超滤和微滤：是以膜两侧压力差为推动力，以微孔膜为过滤介质，当溶液流过膜表面时，主要利用筛分原理将溶液中的悬浮粒子或大分子物质截留，而使溶剂和小分子物质透过膜，以实现净化、分离与浓缩的膜分离过程。P132

微滤膜：一般为均质膜，膜阻力由总的膜厚度决定，微滤膜相比超滤膜来说孔径较大且孔径分布较均匀，膜孔径为0.05~10µm，截留对象是细菌、胶体以及气溶胶等悬浮粒子；超滤膜：一般为不对称结构，膜的传质阻力主要在表皮层，其厚度仅为1µm或更小，孔径大多在0.005~0.05µm，截留对象是相对分子质量为10³~10^6的溶质。

6、影响截留率的因素：

⑴溶质的分子量；

⑵分子特性：①球形＞带支链＞线性分子；

②对于荷电膜与膜相反电荷分子截留率低，若膜对溶质有吸附作用，截留率高；

③其他高分子溶质存在，使截留率增大；

④操作条件：当PH=PI时，蛋白质截留率Ro高；温度升高，Ro降低。

7、电渗析的基本原理：P139

注：自己看书结合图示总结

第七章 吸附与离子交换

1、吸附：是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。P154

2、活性炭：是一种非极性吸附剂，在水中的吸附能力大于在有机溶剂中的吸附能力。针对不同类型的物质，具有一定的规律性：①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物；②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物；③对相对分子质量大的化合物的吸附能力大于相对分子质量小的化合物。P156

3、大孔网状吸附剂：是一种非离子型共聚物，是借助于范德华力从溶液中吸附各种有机化物质。具有选择性好、解析容易、机械强度高、使用寿命长、流体阻力较小、吸附质容易脱附、吸附速度快等优点。P157

4、离子交换剂的构成：网络骨架(具有三维空间立体结构)、活性基团和可交换的离子（与网络骨架带相反电荷）构成。P158

5、交换容量：是表征离子交换剂交换能力的主要的参数，是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数（mmol）。P158

6、影响交换速度的因素：P164

⑴颗粒大小：颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高；

⑵交联度：交联度越低树脂越易膨胀，在树脂内部扩散越容易，当内扩散控制时，降低树脂交联度，能提高交换速度。树脂交联度大，树脂孔径小，离子运动阻力大，交换速度慢；

⑶温度：溶液温度提高，扩散速度加快，交换速度也增加；

⑷离子的化合价：离子化合价越高，离子和树脂骨架间的库仑力越大，扩散速度越小；

⑸离子的大小：小离子的交换速度比较快；

⑹搅拌速度：当液膜控制时，增加搅拌速度会使交换速度增加，但增大到一定程度后再继续增加转速，影响就比较小；

⑺溶液浓度：当溶液浓度为0.001mol/L时，一般为外扩散控制，当溶液浓度增加时，交换速度也按比例增加。当浓度达到0.01mol/L左右时，浓度再增加，交换速度增加的较慢。此时内扩散和外扩散同时起作用，当浓度继续增加，交换速度达到极限值后就不再增大，此时已转变为内扩散控制。

7、影响离子交换选择性的因素：P165

⑴水合离子半径：半径越小，亲和力越大；

⑵离子化合价：高价离子易于被吸附；

⑶溶液PH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；

⑷离子强度：越低越好；

⑸有机溶剂：不利于吸附；

⑹交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；

⑺树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力。

第八章 色谱分离技术

1、阻滞因素：又称迁移率，是指一定条件下，在相同的时间内某一组分在固定相移动的距离与流动相本身移动的距离之比值，常用Rf(Rf≤1)表示。P177

2、正向色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，在这种色谱过程中，非极性分子或极性小的分子比极性大的分子移动速度快，先从柱中流出来；

反向色谱：是指固定相的极性低于流动相的极性，在这种色谱过程中，极性大的分子比极性小的分子移动的速度快，而先从柱中流出。P179

3、色谱法的分类：根据分离原理的不同分类 P181

可以分为：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱等。

4、显色的方法：P189

⑴碘蒸气显色；⑵紫外线显色；⑶喷雾显色。

5根据载体多糖种类的不同，多糖基离子交换剂可分为：P197

①离子交换纤维素；②离子交换葡聚糖；③离子交换琼脂糖。

6、亲和色谱原理：P206

将一对能可逆结合和解离生物分子的一方作为配基(配体)，与具有大孔径、亲水性的固相载体相偶联、制成专一的亲和吸附剂，再用此亲和吸附剂填充色谱柱，当含有被分离物质的混合物随着流动相流经色谱柱时，亲和吸附剂上的配基就有选择地吸附能与其结合的物质，而其他的蛋白质及杂质不被吸附，从色谱柱中流出，使用适当的缓冲液使被分离物质及配基解吸附，即可获得纯化的目的产物。

7、蛋白质A来源于金黄色葡萄球菌，蛋白质G分离自G群链球菌。P208

8、辅酶和磷酸腺苷：某些酶（如脱氢酶和激酶）需要在辅酶存在的情况下才能表现出催化活性，即辅酶能与脱氢酶和激酶之间通过亲和作用相互结合，因此这些辅酶可用作脱氢酶和激酶的亲和配基。P208

9、活化：载体上的化学基团是不活泼的，不能与配基直接偶联，通过化学反应使介质上化学基团处于活化状态。P211

10、洗脱方法：⑴特异性洗脱；⑵非特异性洗脱。P219

第九章 离心技术

1、离心机的转子的类型：有甩出式水平转子、角转子、垂直转子、（区带转子、细胞洗脱转子、分析转子）等。P237

2、计算：

①悬浮微粒在重力场中重力沉淀速度Vg的计算公式：P233 9-4

②例题9-1

③料流量Q的计算公式：P244 9-19

④例题9-3

⑤注：ω=2πn／60

第十章 浓缩、结晶与干燥

1、蒸发浓缩：是利用加热的方法使溶液中的一部分溶剂（通常为水）汽化后除去，得到含较高浓度溶质的一种操作过程。P267

2、结晶：是溶液中的溶质在一定条件下因分子有规则的排列而结合成晶体的过程，它是溶质提纯和得到固体颗粒的一种方法。P281

3、结晶的一般步骤：

⑴过饱和溶液的形成；⑵晶核产生；⑶晶体生长。

4、二次成核：已被认为是晶核的主要来源，其中起决定作用的两种机理为：液体剪应力成核和接触成核。P283

5、喷雾干燥：是利用雾化器将料液(含水50％以上的溶液、悬浮液、浆状液等)喷成雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而成为粉粒状干燥制品的一种干燥方式。P302

6、冷冻干燥：又称升华干燥，是指将待干燥物快速冻结后，再在高真空条件下将其中的冰升华为水蒸气而去除的干燥方法。由于冰的升华带走热量使冻干整个过程保持低温冻结状态，有利于保留一些生物样品(如蛋白质)的活性。

包涵体染色的方法有哪些？原理是什么

包涵体染色的方法有哪些？原理是什么

蛋白包涵体-溶解原理及方法2009年03月15日；维持包涵体内蛋白质结构的作用力是分子内的作用力，；1.遵循标准；包涵体蛋白质的溶解同样是一个工艺的关键的步骤；(1)快速溶解的动力学；；(2)与蛋白质的结合是可逆的；；(3)对细胞碎片的分离方法没有干扰作用；；(4)对温度没有依赖作用；；(5)抑制蛋白质酶的降解作用；；(6)与蛋白质的氨基没有化学修饰作用；；

维持包涵体内蛋白质结构的作用力是分子内的作用力，这种作用力也维持天然蛋白质的稳定性的结构。先前有报道这种作用力是共价键结合的，但是，现在趋向于一致，就是维持包涵体内部的蛋白质的紧密的结构的是非共价键的作用力。二硫键，无论是正确的还是错误的二硫键，在维持内部蛋白质的紧密的结构中都没有发挥直接的作用。最经常的获得活性蛋白质的第一步是溶解这些包涵体蛋白质，溶解液是使这些包涵体蛋白质完全变性的成分，当蛋白质被溶解以后，则进入到蛋白质的体外折叠的过程。

1. 遵循标准

包涵体蛋白质的溶解同样是一个工艺的关键的步骤。溶剂的选择会影响后续的操作、最终的各种蛋白质的收率以及最终的成本，必须遵循以下的标准：

(1) 快速溶解的动力学；

(2) 与蛋白质的结合是可逆的；

(3) 对细胞碎片的分离方法没有干扰作用；

(4) 对温度没有依赖作用；

(5) 抑制蛋白质酶的降解作用；

(6) 与蛋白质的氨基没有化学修饰作用；

(7) 在可能的情况下，选择最低的溶解浓度和廉价的溶剂，并适于以后的复性方法。

2. 溶解包涵体的试剂

最经常使用溶解包涵体的试剂包括离液剂或者去垢剂。

最经常使用的溶解和制备蛋白质的离子型的离液剂最早于1969年Hatefi等人发展的离子型的去垢剂如SDS是另外一种溶解包涵体蛋白质和膜蛋白质的试剂，但是一般不用来大规模的生产，而是用来定性。除了强酸、强碱和利用有机溶剂来提取疏水性很强的蛋白质以外，其他的变性方法如非可逆的共价修饰在工业的大规模生产中很少用到。一旦蛋白质被溶解，蛋白质中的巯基很容易快速地氧化并形成共价的聚集体或者分子内错配的二硫键，然后这些蛋白质就不能再进行折叠。为了防止氧化，可以使这些基团或者利用缓冲液中含有低分子量的疏基试剂保持在还原的状态或形成磺酸盐或者形成混合的二硫键。

（1）去垢剂

去垢剂是一种最经济的溶解包涵体蛋白质的方法，一个最大的优点是溶解的蛋白质有可能保持全部的生物活性，说明在此条件下保持了蛋白质的四级结构。最重要的是稀释以后蛋白质的聚集比其它溶剂生成的很

少。阳离子型、阴离子型的和非离子型的去垢剂都可以使用，使用时的浓度一般高于去垢剂的临界胶束浓度（CMC ），通常是0.5-5%。

SDS仅仅在大量生产牛生长激素、干扰素和白介素-2中用到。SDS由于具有较低的临界胶束浓度（CMC）而使得结合到蛋白质分子上的SDS比较难于除去。由于N-十二烷肌氨酸它的CMC比SDS高0.4%，也被用来溶解包涵体蛋白质并可用稀释的方法使蛋白质复性，残余的去垢剂可以使用阴离子交换色谱或者超滤的方法除去。这种去垢剂是一种比较温和的去垢剂，可以选择性地溶解一些包涵体，但是不能溶解完全的变性的蛋白质的聚集体和大肠杆菌的内膜的蛋白质分子。使用去垢剂一个主要的缺点是对以后的纯化和复性的步骤的干扰，去垢剂结合到蛋白质上的强度大离子交换色谱复性蛋白质小不同，比较难于除去，并干扰离子交换和疏水相互作用色谱的过程，在变性的浓度时超滤膜会吸附这些变性剂。所以复性后需要尽量洗涤这些去垢剂，也可以使用环状糊精链状糊精或者环状淀粉从复性缓冲液中提取去垢剂。

一个不容忽视的问题是去垢剂可以溶解全部的膜蛋白质中的蛋白质酶，这些蛋白质酶的活性在去垢剂的存在的情况下被活化，可能造成溶解和复性过程的收率的降低。蛋白质复性的收率可以通过以下的方法来提高： a) 先期使用可以溶解膜蛋白质但是不溶解包涵体蛋白质的溶剂尽量洗涤包涵体蛋白质；

b) 包涵体的含有的菌体碎片被完全除去；

c) 溶解包涵体的液体中含有蛋白质酶的抑制剂，如EDTA，苯甲基磺酰氟（PMSF ）等 。

（2）离液剂

其它的离液剂也被用来溶解包涵体蛋白质，最主要的溶解包涵体蛋白质的离液剂是盐酸胍和尿素，这是最经常使用的溶解试剂，一般情况下选择6-8mo1/L的浓度，蛋白质浓度在1-10mg/mL。

在溶解色氨酸合成酶A的过程，发现阳离子的溶解能力顺序是Gdm+ >Li+ >K+ >Na+，阴离子的顺序是SCN- >I- >Br- >Cr-。一些离液剂由于它们的溶液比盐酸胍和尿素有更高的密度和黏度而不适合用于溶解包涵体，因为利用离心和色谱分离起来比较困难。

为了溶解包涵体蛋白质需要的尿素或者盐酸胍的浓度根据蛋白质的不同而不同。如果蛋白质天然形态需要溶解的变性剂的浓度不能获得，则在溶解包涵体时需要首先确定离液剂的浓度。

盐酸胍由于比较贵，所以一般用来溶解一些附加值比较高的药物蛋白质分子，选择盐酸胍作为溶解试剂，是因为盐酸胍是一种比脲更为强烈的变性剂，甚至可以溶解脲所不能溶解的包涵体；尿素，由于可能被自发的形成的氰酸盐或者已有的氰酸盐的污染，特别是在碱性环境中，从而造成蛋白质的自由的氨基被不可逆的修饰。消除此种影响的方法是用阴离子的缓冲系统如Tris-HCl溶解脲或者脲在使用之前利用阴离子交换色谱纯化，并且配制的溶解和复性的缓冲液在当天使用。脲溶液中影响蛋白质变性的因素与盐酸胍的不同。溶在脲中的蛋白质受到pH和离子强度的影响，从而影响电荷的蛋白质残基之间的电荷作用，但是由于盐酸胍含有高浓度的离子强度，所以这两个因素的影响很少。

（3）混合溶剂

一般情况下去垢剂并不联合使用，Lilly等人发现去垢剂和尿素的混合液有效的摩尔浓度较低。尿素和去垢

剂型的盐混合可以使蛋白质变性，但是尿素和非去垢剂的盐如氯化钠反而降低包涵体蛋白质的溶解性，所以要避免使用。

去垢剂结合其他的试剂或者溶解增强剂也被使用，发现尿素和乙酸，尿素和二甲亚枫，尿素和高pH等是比较有效的溶解包涵体蛋白质的方法。

高压（1-2kbar）、超声也可以溶解包涵体蛋白质，此时使用的溶解试剂浓度可以比较低，便于后续的复性步骤。

3. 极端pH

酸碱度也是比较廉价的有效的溶解包涵体的方法。最经常使用酸的是有机酸，浓度在5-80%之间。Gavif和Better使用低的（pH≤2.6）和高温（85℃ ）溶解抗真菌的重组蛋白质的肤段，低温和高PH需要溶解时间要长。Reddy和合作者也使用20%乙酸溶解一种麦芽糖结合的蛋白质。但是，同样的一些不可逆的修饰作用或者酸降解会在极端pH下发生，所以此种方法并不是经常使用的溶解包涵体的方法。

高pH（≥12）也被用来溶解生长激素和原胰岛素。在高pH下一些蛋白质同样可能发生非可逆的变性，原因在于半胱氨酸在碱性条件下的脱硫过程。所以这种方法尽管比较简单、廉价，同样仅仅用于一些特定的蛋白质，特别对于药用蛋白质一般不采用这种方法。

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摘要 基因重组蛋白在大肠杆菌中表达时，由于表达量高，往往形成无生物活性的包涵体。包涵体必须经过变性和复性的过程才能获得有活性的重组蛋白。如何提高基因重组蛋白质的复性率，是生物工程技术的一个研究热点。对近年来的重组蛋白质的复性方法做一评述，为研究蛋白质折叠以及复性技术的进一步应用提供依据。

关键词 重组蛋白 包涵体 复性 二硫键

到目前为止，人们表达的重组蛋白质已有4000多种，其中用E.coli表达的蛋白质要占90%以上，尽管基因重组技术为大规模生产目标蛋白质提供了崭新的途径，然而人们在分离纯化时却遇到了意想不到的困难，即这些蛋白质在E.coli中绝大多数是以包涵体形式存在，重组蛋白不仅不能分泌到细胞外，反而在细胞内聚集成没有生物活性的直径约0.1~3.0μm的固体颗粒[1]。自从应用大肠杆菌体系表达基因工程产品以来，人们就一直期望得到高活性、高产量的重组蛋白。不可溶、无生物活性的包涵体必须经过变性、复性才能获得天然结构以及生物活性，因此应该选择一个合适的复性过程来实现蛋白质的正确折叠，获得生物活性，近年来的研究可以使复杂的疏水蛋白、多结构域蛋白、寡聚蛋白、含二硫键蛋白在体外成功复性。

包涵体形成的原因

重组蛋白在宿主系统中高水平表达时，无论是原核表达体系或真核表达体系甚至高等真核表达体系，都会形成包涵体[2]。主要因为在重组蛋白的表达过程中，缺乏某些蛋白质折叠过程中需要的酶和辅助因子，或环境不适，无法形成正确的次级键等原因形成的[3]。

1、 表达量过高，研究发现在低表达时很少形成包涵体，表达量越高越容易形成包涵体。原因可能是合成速度太快，以至于没有足够的时间进行折叠，二硫键不能正确配对，过多的蛋白间的非特异性结合，蛋白质无法达到足够的溶解度等。

2、 重组蛋白的氨基酸组成，一般说来含硫氨基酸越多越容易形成包涵体。

3、 重组蛋白所处的环境：发酵温度高或胞内pH接近蛋白的等电点时容易形成包涵体。

4、 重组蛋白是大肠杆菌的异源蛋白，由于缺少真核生物中翻译后修饰所需酶类，致使中间体大量积累，容易形成包涵体沉淀。

5、 有报道认为，丰富的培养基有利于活性蛋白质的表达，当培养条件不佳时，容易形成包涵体。

减少包涵体形成的策略

1、 降低重组菌的生长温度，降低培养温度是减少包涵体形成的最常用的方法，较低的生长温度降低了无活性聚集体形成的速率和疏水相互作用，从而可减少包涵体的形成[4]。

2、 添加可促进重组蛋白质可溶性表达的生长添加剂，培养E.coli时添加高浓度的多醇类、蔗糖或非代谢糖可以阻止分泌到周质的蛋白质聚集反应，在最适浓度范围内添加这些添加剂不会影响细胞的生长、蛋白质的合成或运输，其它促重组蛋白质可溶性表达的生长添加剂还有乙醇（诱导热休克蛋白的表达）、低分子量的巯基或二硫化合物（影响细胞周质的还原态，从而影响二硫键的形成）和NaCl[5]。

3、 供给丰富的培养基，创造最佳培养条件，如供氧、pH等。

包涵体的分离及溶解

对于生物制药工业来说，包涵体的形成也是有利的，不仅可获得高表达、高纯度的重组蛋白质，还可避免细胞水解酶对重组蛋白质的破坏。由于包涵体是蛋白质聚集而成的致密颗粒，分离的第一步是对培养收集的细胞进行破碎，比较有效的方法是高压匀浆结合溶菌酶处理，然后5000~20000g离心，可使大部分包涵体沉淀，与可溶性蛋白分离，接着，包涵体沉淀需用去污剂（Triton X-100或脱氧胆酸钠）和低浓度变性剂（2mol/L尿素或盐酸胍等）洗涤除去脂类和膜蛋白，这一步很重要，否则会导致包涵体溶解和复性的过程中重组蛋白质的降解[6、7、8]。

包涵体的溶解必须用很强的变性剂，如8mol/L尿素、6~8mol/L盐酸胍，通过离子间的相互作用破坏包涵体蛋白间的氢键而增溶蛋白。其中尿素的增溶效果稍差，异氰盐酸胍最强；去污剂，如SDS[7]，可以破坏蛋白内的疏水键，可以增溶几乎所有的蛋白，但由于无法彻底去除而不允许用在制药行业中；酸，如70%甲酸[9]，可以破坏蛋白的次级键从而增溶蛋白，这种方法只适合少数蛋白质。对于含有半胱氨酸的蛋白，在增溶时应加入还原剂（如DTT、GSH、β-ME）打开蛋白质中所有二硫键，对于目标蛋白没有二硫键的有时也应使用还原剂，为含二硫键的杂蛋白会影响包涵体的溶解，同时还应加入金属螯合剂，如EDTA或EGTA，用来螯合Cu2+、Fe3+等金属离子与还原状态的巯基发生氧化反应[10]。

蛋白质的折叠机理

包涵体蛋白在变性剂作用下，为可溶性伸展态，在变性剂去除或浓度降低时，就会自发的从变性的热不稳

状态向热力学稳定状态转变，形成具有生物活性的天然结构[11]。然而在去除变性剂的同时，重组蛋白质在体外折叠，分子间存在大量错误折叠和聚合，复性效率往往很低，包涵体蛋白折叠复性的效率实际上取决于正确折叠过程与聚集过程之间的竞争[1]。对于蛋白质的折叠机制，目前有多种不同的假设，但很多学者认为有一个“熔球态”的中间状态，在“熔球态”中，蛋白质的二级结构已经基本形成，其空间结构也初具规模，再做一些局部调整就可形成正确的立体结构，总之，蛋白质的具体步骤可用下式描述[12、13、14]：

伸展态→中间体→后期中间体→天然态体→聚集体

在折叠反应中，从伸展态到中间体的速度是非常快的，只需要几毫秒，但从中间体转变为天然态的过程比较缓慢，是一个限速过程。聚集过程与复性过程相互竞争，故而应尽量避免聚集体的产生。一般认为，蛋白质在复性过程中涉及两种疏水作用，一是分子内的疏水相互作用，可促进蛋白质正确折叠；一是部分折叠的肽链分子间的疏水相互作用，在复性过程中，部分折叠的中间体的疏水簇外露，分子间的疏水相互作用会导致蛋白质聚集。蛋白质的立体结构虽然由其氨基酸的顺序决定，然而伸展肽链折叠为天然活性结构的过程还受到周围环境的影响，如温度、pH值、离子强度、复性时间等因素的影响。

提高重组蛋白质折叠复性的方法

一个有效的、理想的折叠复性方法应具备以下几个特点：活性蛋白质的回收率高；正确复性的产物易于与错误折叠蛋白质分离；折叠复性后应得到浓度较高的蛋白质产品；折叠复性方法易于放大；复性过程耗时较少[15]。

1、 透析、稀释和超滤复性法：这三种方法是最传统也是应用最普遍的蛋白质折叠复性方法，复性活性回收率低，而且难于与杂蛋白分离。透析法耗时长，易形成无活性蛋白质聚集体；超滤法在膜上聚集变性，易造成膜污染；稀释法处理量太大，不利于工业放大[16]。

2、 高蛋白浓度下的复性方法：一个成功的复性过程在于能够在高蛋白浓度下仍能得到较高的复性率。一个方法是把变性蛋白缓慢连续或不连续地加入到复性液中[17]。在两次蛋白加入之间，应有足够的时间间隔使蛋白质折叠通过了易聚集的中间体阶段。这是由于完全折叠的蛋白通常不会与正在折叠的蛋白一起聚集。第二种方法是用温度跳跃策略[4]。变性蛋白在低温下复性折叠以减少聚集，直到易聚集的中间体大都转化为不易聚集的后期中间体后，温度快速升高来促进后期中间体快速折叠为蛋白的天然构象。第三种方法是复性在中等的变性剂浓度下进行[18]，变性剂浓度应高到足以有效防止聚集，同时又必须低到能够引发正确复性。

3、 添加促进剂的复性方法：包涵体蛋白质折叠复性促进剂的促进作用可以分为：稳定正确折叠蛋白质的天然结构、改变错误折叠蛋白质的稳定性、增加折叠复性中间体的溶解性、增加非折叠蛋白质的溶解性。通常使用的添加剂有：a、共溶剂：如PEG6000~20000，通过与中间体特异的形成非聚集的复合物，可以阻止蛋白质分子间的相互碰撞机会，减少蛋白质的聚集；b、去污剂及表面活性剂：如Trition X-100、CHAPs、磷脂、磺基甜菜碱等对蛋白质复性有促进作用，但它们能与蛋白质结合，很难去除；c、氧化-还原剂：对于含有二硫键的蛋白，复性过程中应加入氧化还原体系，如GSH/GSSG、DTT/GSSG、DTE/GSSG等，氧化还原系统通过促进不正确形成的二硫键快速交换反应，提高了正确配对的二硫键的产率[19]；d、小分子的添加剂：如盐酸胍或尿素、烷基脲、碳酸酰胺类等，都可阻止蛋白聚集，它们的作用可能为：稳定蛋白的活性状态、降低非正确折叠的稳定性、增加折叠中间体的稳定性、增加解折叠状态的稳定性。e、0.4~0.6M L-Arg：L-Arg能使得不正确折叠的蛋白质结构以及不正确连接的二硫键变得不稳定，使折叠向正确方向进行，可大幅度地提高包涵体蛋白质的折叠效率。f、添加分子伴侣和折叠酶：分子伴侣是指能够结合和稳定