离子交换层析-生物化学与分子生物学.ppt

背景 层析法也称色谱法，是1906年俄国植物学家Michael Tswett发现并命名的。他将植物叶子的色素通过装填有吸附剂的柱子，各种色素以不同的速率流动后形成不同的色带而被分开，由此得名为“色谱法”（Chromatography) 。 后来无色物质也可利用吸附柱层析分离。 英国生物学家Martin和Synge。他们首先提出了色谱塔板理论，以及其远见卓识的预言。 1944年出现纸层析以后，层析法不断发展，相继出现薄层层析、亲和层析、凝胶层析、气相层析、高压液相层析（HPLC）等。 层析法的基本原理 层析法是利用混合物中各组分物理化学性质的差异（如吸附力、分子形状及大小、分子亲和力、分配系数等），使各组分在两相（一相为固定的，称为固定相；另一相流过固定相，称为流动相）中的分布程度不同，从而使各组分以不同的速度移动而达到分离的目的。 层析的基本概念 固定相：固定相是层析的一个基质。它可以是固体物质（如吸附剂，凝胶，离子交换剂等），也可以是液体物质（如固定在硅胶或纤维素上的溶液），这些基质能与待分离的化合物进行可逆的吸附，溶解，交换等作用。 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体等，都称为流动相。柱层析中一般称为洗脱剂，薄层层析时称为展层剂。 层析法的分类 吸附层析 任何两个相都可以形成表面，其中一个相的物质或溶解在其中的溶质在此表面密集现象称为吸附，利用吸附剂对不同物质具有不同吸附力使混合物得到分离的现象就叫吸附层析 凡能将其他物质聚集到自己表面的物质称吸附剂,包括硅皮,氧化铝,活性炭,淀粉,纤维素及陶土;而聚集于吸附剂表面的物质称被吸附剂. 吸附剂与被吸附剂之间的作用除了物理作用外,还有化学作用,如DNS-氨基酸双向聚酰胺薄膜层析中被分离的物质之所以能吸附在聚酰胺薄膜上就是由于二者之间形成氢键. 离子交换层析 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。 离子交换剂包括交换树脂和交换纤维素两种. 一、基本原理 概念（分子筛层析）：当生物大分子随流动相通过装有作为固定相的凝胶颗粒的层析柱时，根据它们分子大小不同而进行分离的技术。 原理：凝胶颗粒内部具有多孔网状结构，被分离的混合物流过层析柱时，比凝胶孔径大的分子不能进入凝胶孔内，在凝胶颗粒之间的空隙向下移动，并最先被洗脱出来；比网孔小的分子能不同程度的自由出入凝胶孔内外，在柱内经过的路程较长移动速度较慢，最后被洗脱出来。 外水体积、内水体积、基质体积、柱床体积、洗脱体积 如下页图所示，外水体积是指凝胶柱中凝胶颗粒周围空间的体积，也就是凝胶颗粒间液体流动相的体积。内水体积是指凝胶颗粒中孔穴的体积，凝胶层析中固定相体积就是指内水体积。基质体积是指凝胶颗粒实际骨架体积。而柱床体积就是指凝胶柱所能容纳的总体积。洗脱体积是指将样品中某一组分洗脱下来所需洗脱液的体积。我们设柱床体积为Vt，外水体积为Vo，内水体积为Vi，基质体积为Vg，则有：Vt＝Vo＋Vi＋Vg 由于Vg相对很小，可以忽略不计，则有：Vt＝Vo＋Vi 亲和层析法 亲和层析（Affinity Chromatography）是利用生物分子间专一的亲和力而进行分离的一种层析技术。 如我们熟悉的：抗原和抗体 ； 酶和底物或辅酶或抑制剂 ； 激素和受体； RNA和其互补的DNA等。它们之间都能够专一而可逆的结合，这种结合力就称为亲和力。亲和层析的分离原理简单的说就是通过将具有亲和力的两个分子中一个固定在不溶性基质上，利用分子间亲和力的特异性和可逆性，对另一个分子进行分离纯化。 吸附－分配层析的原理 1、聚酰胺薄膜层析是一类特殊的分配层析。混合物随流动相通过聚酰胺薄膜时，由于被分离物质与薄膜形成氢键，而各物质形成氢键的能力不同，决定吸附力的差异，吸附力强展层速度慢，吸附力弱，展层速度快。 2、展层溶剂与被分离物质在聚酰胺离子表面竞争形成氢键，选择适当的展层溶剂，使被分离物质在溶剂与聚酰胺薄膜表面之间的分配系数有最大差异。易溶于展层剂的所受的动力作用大，展层速度快，反之，速度慢。 本实验中，聚酰胺上胺基与氨基酸（AA