亲和层析法纯化胰蛋白酶.ppt

亲和层析法纯化胰蛋白酶 第一部分 实验内容简介 1 内容摘要 亲和层析包括了一整套复杂的底物及其配体与生物大 分子之间相互作用时所形成的独特的生物学特性。在亲和 结合的过程中涉及到疏水力、静电力、范德华力及空间阻 力等因素的影响。 亲和层析的概念可以理解为配基以共价键的形式与水 不溶性固体载体共价结合， 形成具有高度专一性的亲和 吸附剂。以该介质为填料填充亲和层析柱，从复杂的混合 物中有针对性分离某一种成分。 本实验以亲和层析方法分离纯化猪胰蛋白酶为目的， 从猪胰脏提取液中分离纯化胰蛋白酶，最终得到纯度较高 的胰蛋白酶。围绕亲和层析实验所涉及的蛋白质和酶基本 性质及相关技术进行综合训练。其中主要包括亲和层析介 质配基的制备，亲和介质的合成，蛋白质和酶的分离纯化 ，酶活性的测定等内容。 通过综合训练，能够系统掌握蛋白质制备的基本原理 和操作，学习如何进行实验设计，掌握实验过程中的关键 环节，对实验中出现的问题进行科学的分析。使学生在学 习实验技术的同时，自觉培养分析问题和解决问题能力。 2实验目的方法 掌握蛋白质分离纯化的基本原理与操作技术 掌握亲和层析的基本原理及亲和介质合成技术 掌握胰蛋白酶活性及抑制活性测定的原理和方法 掌握消光系数法测定蛋白质的原理及计算方法 1. 3实验流程 鸡蛋清 Spharose 4B 猪胰脏 提取 活化 提取 分离纯化 纯卵粘蛋白(CHOM) 活化Spharose 4B 胰蛋白酶原粗提液 偶联 激活 CHOM-Spharose 4B 胰蛋白酶提取液 亲和层析 酶促动力学 纯胰蛋白酶 酶活性测定 酶蛋白含量测定 1. 4要求掌握的技术 柱层析技术 Sephadex G-25 分子筛层析 DEAE-Cellulose 离子交换层析 CHOM Sepharose 4B 亲和层析 蛋白质提取技术 10%TCA 提取鸡卵粘蛋白 3.5%乙酸,pH 3.0提取胰蛋白酶原 蛋白含量测定技术 消光系数法测定胰蛋白酶含量 消光系数法测定鸡卵粘蛋白含量 生物活性测定 胰蛋白酶比活性测定 鸡卵粘蛋白抑制活性测定 亲和介质合成技术 载体-Sepharose 4B的前处理 载体 -Sepharose 4B的活化 活化载体-Sepharose 4B的偶联 第二部分 实验方法 实验一 鸡卵粘蛋白的分离纯化 1鸡卵粘蛋白的基本性质 1.1鸡卵粘蛋白的组成 分子量: 28000Da 分子组成: 四个分子量相近的亚基组成糖蛋白 糖基部分: D-甘露糖, D-半乳糖, 葡萄糖胺, 唾液酸 1.2化学稳定性 耐热: 在80条件下,理化性质不发生改变 耐有机溶剂: 在50%的丙酮溶液中,能保持良好的溶解度 耐沉淀剂: 在10%的TCA的溶液中不发生沉淀. 1.3等电点性质 等电点: pI在3.9-4.5之间 溶液中的状态: 在pH3.0的溶液中稳定, 在pH8.0的溶液中 容易分解 鸡卵粘蛋白在10%的TCA不同pH值的溶液中的溶解状态 见表1。 表1，鸡卵粘蛋白在10%TCA溶液中的溶解度 溶液pH 值 鸡卵粘蛋白 鸡卵清蛋白 等于3.5沉淀5%溶解95%沉淀95%溶解5% 低于3.5沉淀溶解沉淀溶解 高于3.5沉淀溶解沉淀溶解 1. 2.鸡卵粘蛋白的提取 2.1提取： 每组发给50毫升的鸡卵清加入一定体积的10% pH1.15 TCA溶液(轻轻搅拌一边搅拌一边加入),搅匀后用pH试纸检 查pH值,待pH稳定在3.5 0.2后放置4冰箱过夜. 2.2离心： 转移50毫升离心杯中,于3000rpm 离心15min。 2.3过滤： 倾出上清液，滤纸过滤，滤去上浮脂类物质和不溶物 2.4调pH值： 用1mol/L HCl 将溶液精确调至pH3.5。量取体积。 2.5丙酮沉淀：缓缓加入三倍体积预冷的丙酮，搅匀，用 塑料薄膜封严，放置冰箱内静止4小时。 2.6离心：虹吸出部分上清，将沉淀部分转移到50ml离心 杯中，于3000 rpm离心15min。 2.7除残留丙酮：弃去上清液，将盛有沉淀的离心杯至于 真空干燥器中。抽去残留丙酮。（沉淀物的颜色由白变成 透明胶状物即可） 2.8溶解：加入25ml蒸馏水或20mmol/L，pH6.5磷酸缓冲 液溶解，滤纸过滤，收集滤液，备用。 3鸡卵粘蛋白的分离纯化 3.1 Sephadex G-25 柱脱盐 (1)溶胀： 称取15g Sephadex G-25放入500ml的烧杯中, 加入200ml 蒸馏水，在室温下溶胀24小时或在沸水浴中溶胀2小时。 (2)装柱： 取一支303cm 的层析柱，将溶胀好的Sephadex G-25 装柱，自然沉降。 (3) 处理： 用2倍柱床体积的0.5mol/L NaCl 溶液洗柱，2倍体积的 蒸馏水洗去残留的NaCl。 (4)平衡： 用20mmol/L，pH6.5磷酸缓冲液平衡，流速控制在1.0- 1.5 ml/min。紫外检测仪检测柱内平衡状态，直到仪器绘 出稳定的基线。 (5)上样： 将柱内的缓冲液液面流至于胶面相切，取20ml鸡卵粘蛋 白提取液上样，待样液液面流至于胶面相切，加入2-3ml 缓冲液冲洗层析柱内壁，待溶液液面流至于胶面相切，然 后加入缓冲液距胶面高度约2-3cm，以同样的流速洗脱。 (6)收集： 在检测仪上观察到开始出现峰时进行收集。见图1 图1 Sephadex G-25分子筛层析分离图谱 3.2 Cellulose离子交换柱层析分离 (1)溶胀： 称取20g DEAE-Cellulose放入500ml的烧杯中, 加入150ml 蒸馏水，在室温下溶胀24小时。 (2)装柱： 取一支203cm 的层析柱，将溶胀好的DEAE-Cellulose 装柱，自然沉降。 (3) 再生： 用200ml 0.5mol/L NaCl 0.5mol/L NaOH 混合溶液洗柱 ，再用蒸馏水洗至流出液的pH值达到pH8.0。用200ml 0.5mol/L HCl溶液洗柱，再用蒸馏水洗至流出液的pH值达 到pH6.0。 (4) 平衡： 用20mmol/L，pH6.5磷酸缓冲液平衡，流速控制在 1.0ml/min。紫外检测仪检测柱内平衡状态，直到仪器绘出 稳定的基线。 (5)上样： 将经Sephadex G-25柱脱盐的卵粘蛋白溶液上样，用 20mmol/L，pH6.5磷酸缓冲液平衡，直到仪器绘出稳定的 基线。流速控制在1.0ml/min左右。 (6)洗脱： 用0.3mol/L NaCl - 20mmol/L，pH6.5磷酸缓冲液。 (7)收集： 在检测仪上观察到出现高峰时开始收集。见图2 图2，鸡卵粘蛋白在DEAE-Cellulose柱的分离 3.3透析及丙酮沉淀 (1) 透析： 将经DEAE-Cellulose柱分离的鸡卵粘蛋白转入透析袋内 ，对蒸馏水透析，隔一段时间换一次水，直到渗出液经 BaCl2溶液检查无氯离子存在，即可。 (2) 调pH值： 将透析好的鸡卵粘蛋白溶液，用0.1mol/L HCl 精确调 至pH4.0（最好一次调成功），量体积。 (3)丙酮沉淀： 加入3倍体积的预冷丙酮，搅匀，用塑料薄膜封严，在 冰箱内静止4小时以上或过夜。 (4)离心： 虹吸出部分上清，将沉淀部分转移到50ml离心杯中， 于3000 rpm离心15min，收集沉淀。 (5) 干燥： 将盛有鸡卵粘蛋白的离心杯放入真空干燥器中干燥。 (6) 收集鸡卵粘蛋白成品，冰箱保存。 4活性测定 (1)标准胰蛋白酶活性测定 空白: 1.5ml缓冲液1.5ml底物混匀. 样品: 1.5ml缓冲液1.5ml底物胰蛋白酶10l混匀,立即 测定 (2)自提鸡卵粘蛋白抑制活性测定 空白: 1.5ml缓冲液1.5ml底物混匀. 样品: 1.5ml缓冲液鸡卵粘蛋白10l胰蛋白酶10l混 匀放置2min以上1.5ml底物,立即测定 (3) 鸡卵粘蛋白含量测定 取透析液0.3ml稀释10倍, 测定 A280. 3实验结果 (1)计算鸡卵粘蛋白收率 (2)计算标准胰蛋白酶的比活性 (3) 计算鸡卵粘蛋白的抑制活性。 5 试剂配制 5.1公用试剂 (1) 10%TCA溶液 , pH1.15 , 1500ml (50ml/组) (2) 0.05mol/L ,pH8.0 Tris-HCl缓冲液, (内含0.2% CaCl2) 200ml (3) 2mmol/L BAEE底物溶液 200ml (4) 1mg/L Trypsin标准溶液 10ml 5. 2自配试剂 (1) 0.2mol, pH6.6, PBS缓冲液 120ml (10) (2) 0.3mol/L NaCl 0.02mol/L , pH6.6, PBS缓冲液 100ml (3) 0.5mol/L HCl溶液 200ml (4) 0.5mol/L NaCl 0.5mol/L NaOH溶液 200ml (5) 0.5mol/L NaCl 溶液 250ml 6时间安排 星期上午（8：00-12：00）下午（12：00-6：00）晚上 一讲实验，配试剂提取鸡卵粘蛋白，装 DEAE和G25柱，处理各 柱 二 离心，丙酮沉淀，平衡 G25柱和DEAE柱，离 心，去丙酮 上G25柱脱盐，收集第一 峰，上DEAE柱分离，收 集第二峰，对蒸馏水透析 过夜。 三 换水，取样测粘蛋白抑 制活性和标准胰蛋白酶 活性，透析液调pH4， 丙酮沉淀。 继续测定标准酶活性和抑 制活性，离心，收集沉淀 物4干燥。 结束实验 实验二 亲和层析纯化胰蛋白酶 1 原理 鸡卵粘蛋白(ovomucoid, 简称CHOM)，是胰蛋白酶的天然 抑制剂，在pH7.8- 8.0的缓冲溶液中二者发生专一性的亲 和作用。以鸡卵粘蛋白为配基，偶联在已经活化的琼脂糖 凝胶层析介质-Sepharose 4B上，制备成鸡卵粘蛋白亲和层 析介质（CHOM- Sepharose 4B）。然后通过亲和层析法从 胰蛋白酶粗提液中分离纯化胰蛋白酶。常用的载体活化与 蛋配基偶联的方法有环氧氯丙烷活化和溴化氰活化法。反 应的基本原理如下图所示： 1.1环氧氯丙烷活化载体与蛋白质配基的偶联 活化 偶联 亲和结合 洗脱 1.2溴化氰活化载体 与蛋白质配基的偶联 2亲和介质合成 2.1琼脂糖凝胶层析介质(Sepharose 4B)的活化 2.1.1 琼脂糖凝胶层析介质的处理 称取10克琼脂糖凝胶层析介质，置于G-3玻璃烧结漏斗内 ，用100ml 1.0mol/L NaCl溶液抽洗（少量多次），100ml 蒸馏水抽洗，抽干后转移到100ml三角瓶中备用。 2.1.2配方 琼脂糖凝胶层析介质-QT410克 蒸馏水7ml 1,4二氧六环8 ml 2 mol/L NaOH 6.5ml 环氧氯丙烷1.5ml。 2.1.3活化 将配制的好介质的三角瓶，放入45恒温水浴中，于160 转/分钟，振摇活化2小时。停止活化，转移到G-3玻璃烧 结漏斗内，抽去活化剂，用100ml蒸馏水洗（少量多次） ，转移100ml到三角瓶中，准备偶联。 2.2偶联 称取约100mg鸡卵粘蛋白，用10ml 0.1mol/L pH9.5 Na2CO3缓冲液充分溶解。取0.1ml稀释10倍测定OD280，计 算溶液的蛋白浓度。然后将溶解好的鸡卵粘蛋白溶液，转 移到100ml三角瓶中与活化的琼脂糖凝胶介质混匀。在 40恒温水浴中，于160转/分钟，振摇偶联22小时左右， 停止偶联。 2.3洗涤 取一个洗净的500ml抽滤瓶，将已经偶联好的琼脂糖凝 胶层析介质转移到G-3玻璃烧结漏斗内抽滤，收集滤液， 测定滤液中剩余的鸡卵粘蛋白的含量。 用100ml 1.0mol/L NaCl溶液抽洗，100ml 蒸馏水抽洗，再 用20ml 亲和层析洗脱液洗涤。 将亲和介质转移到50ml的小烧杯内，加入20ml 亲和层析 平衡液，浸泡20分钟，脱气，装柱。 3胰蛋白酶粗提液的制备 3.1胰蛋白酶的基本性质 3.1.1存在形式：胰蛋白酶通常是以胰酶原的形式存在于动 物的胰脏或其他组织中。在底物的诱导下或激活剂的作用 下，酶原的C端水解，去6肽转变成具有活性的胰蛋白酶。 - 6 肽 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 Ca+2 激活剂 3.1.2等电点与分子量： 胰蛋白酶原的 pI=10.8 ， 分子量：24000Da 胰蛋白酶的 pI=8.9 ， 分子量：23700Da 3.1.3 稳定性 胰蛋白酶在酸性环境中很稳定，在碱性环境中容易自溶 ，在提取的过程中要注意溶液的pH值。 当溶液的 pH 2.0 容易变性 pH = 3.0 生物活性稳定 pH 7.0 容易自溶 3.2胰蛋白酶原的提取 (1)匀桨: 取约30克猪胰脏，剥去结缔组织和脂肪，取净重20-25克 左右,剪成碎块。转移到组织捣碎器内,加入150ml 预冷的 3.5%的乙酸酸化水,匀桨. (2)提取: 转移到500ml烧杯中,用2mol/L硫酸调节pH值在3.5-4.0之 间,10搅拌提取约4小时. (3)过滤: 取一块纱布,折叠成四层,用水润湿,放在玻璃漏斗上,将胰 蛋白酶原提取液过滤,收集滤液. (4)酸化: 用2mol/L硫酸调节滤液的pH值至2.5-3.0之间,4冰箱静 止沉淀4小时以上。 (5)过滤: 折叠滤纸过滤,收滤液。 3.3胰蛋白酶原的激活 (1)调节pH值: 用5mol/L NaOH 将滤液精确调节pH值至pH8.0,量取溶液 体积. (2)加激活剂: 加入固体CaCl2使溶液的Ca+2 终浓度达到0.1mol/L,然后 加入约5mg 结晶胰蛋白酶,混匀,激活. (3)激活时间: 在4冰箱内激活12-16小时, 在25恒温水浴中激活2-4 小时. 3.4停止激活 (1)活性测定:取1ml上清液分别测定蛋白浓度和活性.具体 操作见活性测定部分. (2)停止激活:等酶溶液的比活性达到1000u/mg左右, 用 2mol/L硫酸调节pH值到3.0. (3)过滤: 滤纸过滤,滤去CaSO4沉淀,收集滤液, 4冰箱 保存. 4亲和层析分离胰蛋白酶 (1)装柱:取一支层析柱(101.0cm),将合成好的亲和层析介 质CHOM-Sepharose 4B 装入柱内,自然沉降. (2)平衡:以0.1mol/L,pH8.0 Tris-HCl 缓冲液(内含0.5mol/L KCl, 50mmol/L CaCl2)平衡. (3)上样:将以经激活的胰蛋白酶提取液, 用5mol/L NaOH 精确调节pH值至pH8.0, 滤纸过滤,取滤液上样.通过亲和 介质的偶联量和胰蛋白酶粗提液的比活性,计算出上样所 需体积.计算方法如下: 偶联mg数0.861.3104(u/mg) 上样体积(ml)= 粗酶浓度(mg/ml)比活(u/mg) (4)平衡: 上完样以后, 以0.1mol/L,pH8.0 Tris-HCl 缓冲液(内含 0.5mol/L KCl, 50mmol/L CaCl2)平衡,洗去未被吸附的杂蛋 白。 (5)洗脱: 等平衡到基线稳定后,用0.1mol/L,pH2.5甲酸- 0.5mol/L KCl溶液洗脱.收集洗脱峰。 (6)亲和层析洗脱曲线: 胰蛋白酶活性测定 1胰蛋白酶活性测定 1.1胰蛋白酶测定的基本原理 胰蛋白酶是一种蛋白水解酶,它除了能水解碱性氨基酸与 其它氨基酸形成的肽键外,还能水解碱性氨基酸所形成的 酯键,催化活性具有高度的专一性.因此,可以用人工合成的 N-苯甲酰-L-精氨酸乙酯(N- benzoyl-L-argine ethyl ester,简 称BAEE)为底物测定胰蛋白酶活性. N-苯甲酰-L-精氨酸乙 酯(BAEE)在碱性条件下,经胰蛋白酶作用水解去一个乙基 生成N-苯甲酰-L-精氨酸(BA), 催化反应原理如图所示。 由于BAEE在波长253nm处的光吸收值远远弱于BA。因此 ，可以在加入酶为零点,测定在X分钟内的递增吸光值.通 过酶的定义求出酶活性。 1.2测定胰蛋白酶活性的定义 底物浓度 C =1mmol/L 光程:L=1cm 波长: =253nm 1个BAEE单位 温度: T=25 体积: V=3ml 递增值: O.D =0.001A 1.3计算公式 (1)活性单位 O.D BAEE单位(u/ml) = N(稀释倍数) 0.001 (2)比活性 测得的BAEE 活性单位(u/ml) BAEE单位(u/mg) = 胰蛋白酶浓度mg/ml)加入体积(ml) 2鸡卵粘蛋白活性的测定 鸡卵粘蛋白是胰蛋白酶的天然抑制剂,通常1g鸡卵粘蛋 白能抑制0.86g胰蛋白酶的活性(相当于1 : 0.86).在胰蛋白 酶液中加入适量的鸡卵粘蛋白,胰蛋白酶活性就会降低,胰 蛋白酶递减的活性就是鸡卵粘蛋白的抑制活性.在同样的 条件下分别测定出未加鸡卵粘蛋白的胰蛋白酶活性A1和加 鸡卵粘蛋白的胰蛋白酶活性A2. 将A1 - A2就可以得到鸡卵 粘蛋白的抑制活性.计算公式如下: (1)抑制活性 A1 A2 BAEE单位(Iu/ml) = N(稀释倍数) 0.001 A1 ：胰蛋白酶活性 A2：加鸡卵粘蛋白的胰蛋白酶活性 (2)抑制比活 测得的BAEE 活性单位(Iu/ml) BAEE单位( Iu/mg) = 鸡卵粘蛋白浓度(mg/ml)加入体积 (ml) 3蛋白质含量测定 3.1消光系数的定义：在蛋白质分子中含有芳香族氨基酸 ，芳香族氨基酸在280nm处有最大吸收峰。蛋白质分子中 含有芳香族氨基酸的数量以及分子的紧密程度有差异，在 280nm处的光吸收强弱不同。在一定的条件下，一种纯的 蛋白质在在280nm处的光吸收值是一个常数。因此酶以纯 的蛋白质在280nm处都有一个的消光系数A280。用符号表 示为E1%1cm。这个符号的定义是指在浓度为1%（W/V）的 蛋白质溶液中，测定光程为1cm 的条件下，该蛋白的吸光 值。 如:胰蛋白酶的E1%1cm是13.5，是指胰蛋白酶的浓度为 1%(g/100ml)，光程为1cm时光吸收值A280 = 13.5。当胰蛋 白酶的浓度0.1g%(100mg/100ml)时，光程为1cm，光吸收 值A280是1.35。当 鸡卵粘蛋白的浓度1% (g/100ml)时， A280是4.13，浓度100%(mg/100ml)时，A280是0.413。在计 算时大多数使用的蛋白浓度都是100mg/100m