双水相萃取技术分离纯化蛋白质的研究.docx

双水相萃取技术分离纯化蛋白质的研究化学与生物工程ChemistryBioengineering2006,Vol.23No.107双水相萃取技术分离纯化蛋白质的研究郑楠,刘杰(南昌大学环境科学与工程学院,江西南昌330029)摘要:阐述了双水相萃取原理,详细分析了影响双水相萃取分离纯化蛋白质的各种因素,探讨了双水相萃取技术在蛋白质分离纯化中的应用并对其前景进行了展望.关键词:双水相;蛋白质;分离纯化;影响因素中图分类号:TQ02818Q512+11文献标识码:A文章编号:1672-5425(2006)10-0007-03液-液萃取技术是化学工业中普遍采用的分离技术之一,在生物化工中也有广泛的应用.然而,大部分生物物质是有生物活性的,需要在低温或室温条件下进行分离纯化,而采用传统萃取技术无法完成.双水相萃取就是考虑到这种现状,基于液-液萃取理论并考虑保持生物活性所开发的一种新型液-液萃取分离技术.与传统的液-液分离方法相比,双水相萃取技术分离纯化蛋白质具有以下优势:体系含水量高,可达80%以上;蛋白质在其中不易变性;界面张力远远低于水-有机溶剂两相体系的界面张力,有助于强化相际间的质量传递;分相时间短,一般只需5~15min;易于放大和进行连续性操作;萃取环境温和,生物相容性高;聚合物对蛋白质的结构有稳定和保护作用等.正是由于双水相萃取技术的诸多优势,现已被广泛用于蛋白质、核酸、氨基酸、多肽、细胞器等产品的分离和纯化.于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境的影响,使其在上、下相中的浓度不同.分配系数K等于两相中生物物质的浓度比,由于蛋白质的K值不相同(大致在011~10之间),因而双水相体系对各类蛋白质的分配具有较好的选择性.2双水相萃取中影响蛋白质分配的因素211聚合物的分子量同一类聚合物的疏水性随分子量的增大而增强,当聚合物的分子量减小时,蛋白质易分配于富含该聚合物的相.如在PEG2Dextran系统中,PEG的分子量减小或Dextran的分子量增大都会使分配系数变大,相反PEG的分子量增大或Dextran的分子量减小会使分配系数变小.这是由于PEG分子量增大时,它的疏水性显著增强,使蛋白质在上相的表面张力增大,从而易于向下相分配.同理,Dextran的疏水性随其分子量的增大而增强,使蛋白质在下相的表面张力增大,从而不断向上相分配.212聚合物的浓度在双水相系统中,界面张力很低并且随结线长度呈指数规律的增大.当系统组成处于临界点时,系线长度为零,上下相组成相同,蛋白质均匀地分配在两相中,分配系数K=1.当成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合物的总浓度增加时,系统远离临界点,系线长度增大,两相性质的差别也增大,同时蛋白质在两相中的界面张力差别增大,使其趋于向一侧分配,即K值或增大超过1,或减小低于1.[1]1双水相萃取原理双水相体系是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间,在水中以适当的浓度溶解后形成的互不相溶的两相或多相水相体系.高聚物-高聚物-水体系主要依靠高聚物之间的不容性,即高聚物分子的空间阻碍作用,促使其分相;高聚物-盐-水体系一般认为是盐析作用的结果.双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配,不同之处在于萃取体系的性质差异.当生物物质进入双水相体系后,由收稿日期:2006-04-17作者简介:郑楠(1982-),女,陕西人,硕士研究生,主要从事生化制药方面的研究.E2mail:zhengnan1982@.8213添加剂21311中性盐盐的种类对分配系数的影响主要反映在对相间电位的影响上[2].中性盐的种类不同,其正负离子分配系数也不同,当它在双水相中电离时,为保持两相的电中性,产生了不同的相间电位,从而影响蛋白质的分配.如在PEG2Dextran体系中加入NaClO4或KI,可增加上相对带正电的蛋白质的亲和效应,并迫使带负郑楠等:双水相萃取技术分离纯化蛋白质的研究/2006年第10期214pH值体系pH值会影响蛋白质分子可离解基团的离解度,从而改变蛋白质的表面电荷数来影响分配.同时pH值还会影响缓冲离子如HPO2-4、PO3-4等的分配,以改变相间电位来达到改变分配系数的目的.另外在研究分配系数与pH值的关系时,若加入不同种类的中性盐,由于电位差的不同,其相应关系也不同[1].215温度温度的变化影响相物理性质的变化,例如粘度和电的蛋白质进入下相;若加入Li3PO4情况则相反.[1]故只要改变界面电势就可控制荷电蛋白质转入所需要的相中.盐的浓度对分配系数的影响主要