胶体在蛋白质分离方面的应用综述
Summarize of the application of colloid Chemistry in protein
separate
【摘要】
蛋白质是生物大分子，蛋白质溶液是稳定的胶体溶液，具有胶体溶液的特征，其中电泳现象和不能透过半透膜对蛋白质的分离纯化都是非常有用的。本文对应用蛋白质的胶体特性分离纯化蛋白质研究做综述性报告。
【关键词】蛋白质 分离 电泳 胶体 综述
【基本原理】
蛋白质之所以能以稳定的胶体存在主要是由于：
（1）蛋白质分子大小已达到胶体质点范围（颗粒直径在1～100nm 之间），具有较大表面积。
（2）蛋白质分子表面有许多极性基团，这些基团与水有高度亲和性，很容易吸附水分子。实验证明，每1g 蛋白质大约可结合0.3～0.5g 的水，从而使蛋白质颗粒外面形成一层水膜。由于这层水膜的存在，使得蛋白质颗粒彼此不能靠近，增加了蛋白质溶液的稳定性，阻碍了蛋白质胶体从溶液中聚集、沉淀出来。
（3）蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，即在酸性溶液中带有正电荷，在碱性溶液中带有负电荷。由于同性电荷互相排斥，所以使蛋白质颗粒互相排斥，不会聚集沉淀。
蛋白质的胶体性质具有重要的生理意义。在生物体中，蛋白质与大量水结合形成各种流动性不同的胶体系统，如细胞的原生质就是一个复杂的胶体系统。生命活动的许多代谢反应即在此系统中进行。
如果这些稳定因素被破坏，蛋白质的胶体性质就会被破坏，从而产生沉淀作用。所谓蛋白质的沉淀作用是指在蛋白质溶液中加入适当试剂，破坏了蛋白质的水化膜或中和了其分子表面的电荷，从而使蛋白质胶体溶液变得不稳定而发生沉淀的现象。下列方法可使蛋白质产生沉淀并可有效地用于蛋白质的分离。
一、电泳方法
原理及优点：在电场作用下，带电颗粒在溶液中的运动称为电泳，在小离子的情况下，称为离子导电性现象。这是一种不完全的电解现象，所需的产物不是直接释放在电极上，而是使它们不同的运动同步受阻在两电极间的中间位置上。它能分离非常类似的物质，包括不同的蛋白质，提高了分折和制备的效果，特别是在纸上和在聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶上区带电泳的采用。
电泳是分离生化物质的一种有效的和多功能的方法。在电场的作用下，电泳流动性的差别，可用于许多物质的分离，其中包括离子、胶体、细胞物质、细胞器以及全细胞。以前电泳仅用于常规的生化分析，但近期在制备电泳上取得了许多重大的进展（如低容积高价值的化合物或试剂的生产中）。
电泳分离的优点是分辨率高和能保持产物的生物活性。
主要分为：1、毛细管电泳(CE) ：毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。毛细管电泳具有多种分离模式：毛细管区带电泳(CZE)、毛细管等速电泳(CITP)、毛细管等电聚焦(CIEF)等。应用毛细管电泳分离多肽类物质具有柱效高、分析时间短、所用样品量和试剂少等优点。2、二维凝胶电泳技术(two－dimensional del electrophoresis，2-DE) 2-DE是1975年由O ’Farrell 首次建立的，其基本原理是根据蛋白质具有不同等电点和相对分子质量的二个一级特性，将蛋白质的混合物在等电聚焦电泳(isoelectric focusing，IEF) 中进行第一维的分离，然后转入十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)进行第二维分离，分离胶经显色后，通过商业化的计算机软件对凝胶图像进行分析处理。3、二维差异凝胶电泳(two2－dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE) 二维电泳技术的另一个突破. 该技术应用两种不同的荧光染料Cy3和Cy5，分别标记不同的蛋白质样品，然后将两种样品等量混合，在同一2-DE 中分离. 通过在同一块胶上对比一个蛋白点处两种不同荧光的强度，比较两种状态下特定蛋白质丰度变化、蛋白质的缺失或是否有新蛋白质的出现等。
二、双水相萃取方法
双水相体系萃取具有如下特点：
(1)含水量高(70%~90%)，是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；
(2)分相时间短，自然分相时间一般为5~15min；
(3)界面张力小(10-7~10-4mN/m)，有助于强化相际间的质量传递；
(4)不存在有机溶剂残留问题；
(5)大量杂质能与所有固体物质一同除去，使分离过程更经济；
(6)易于工程放大和连续操作。由于双水相萃取具有上述优点，
因此，被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。
三、膜分离技术
兴起于20 世纪60 年代的膜分离技术克服了蛋白质分离过程中的缺陷。它有以下特点: (1) 可以在分子级对蛋白质进行分离而不影响其性质和结构; (2) 不需要加热就可以浓缩; (3) 无化学变化:典型的物理分离过程使蛋白质保持原有的活性; (4) 能耗低、节约能源;(5) 容易清洗、可以再生。因此它正在取代传统的分离技术成为一种重要的方法。目前膜分离技术已广泛应用于水处理、电子、食品环保、化工、冶金、医药生物、能源、石油、仿生等领域, 并且日益受到人们的重视。
【相关研究】
1、膜分离在蛋白质分离纯化中的应用
以压力差为推动力膜分离过程（过滤，超滤，纳滤，反渗透）的分离性能由透过通量和截留率表征，其操作模式分浓缩和渗滤两种。膜分离技术用于分离，纯化，回收和浓缩蛋白质，如乳清蛋白，血清白蛋白，蛋清蛋白，西蒙德木蛋白，重组白细胞介素－2包涵体以及二元蛋白质混合物等。
2、双水相电泳分离蛋白质的研究
双水相电泳分离蛋白质的研究中提出了一种新型的双水相电泳装置并进行了双水相电泳分离肌红蛋白和牛血清白蛋白和细胞，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，但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等) 的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同。分配系数K 等于物质在两相的浓度比，由于各种物质的K 值不同，可利用双水相萃取体系对物质进行分离。
色索C 及其混合物的实验，研究了电场方向、-pH 值、电场强度和电泳时间对双水相萃取分离效果的影响．并与不加电场的双水相萃取的结果进行了比较．
3、固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质
固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质研究并开发了一种固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质的技术，以微孔滤膜作为液流的固定边，在电场的作用下，根据蛋白质所带的电荷的不同，可使目标蛋白或杂蛋白从一股液流电迁移至另一股液流。对该分离过程进行了理论分析，得出了以有效电泳迁移率为参数的数学模型。以牛血清
白蛋白和牛血红蛋白为分离分对象，确定了电场强度、蛋白质浓度和电泳时间等因素对分离过程的影响
4、膜分离技术在蛋白质类生物产品分离领域的应用展望
通过和传统的蛋白质类生物制品分离方法进行比较, 介绍了膜分离技术在蛋白质类物质分离和提纯中的应用。以压力差为推动力的膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等。其分离性能通常由透过通量和截留率表征, 而操作模式则可分为浓缩和渗透两种。文章综述了膜分离技术在蛋白质类产品分离中的研究和应用进展。
【参考文献】
【1】姚红娟 王晓琳，膜分离在蛋白质分离纯化中的应用，食品科学 2003年1期；28-30
【2】黎四芳 丁富新，双水相电泳分离蛋白质的研究，生物工程学报 1996年1期；66-69
【3】黎四芳 杜建新，固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质；清华大学学报：自然科学
版1995年3期 32-35
【4】王银珍，膜分离技术在蛋白质类生物产品分离领域的应用展望 山东化工 2006/02 中国
期刊全文数据库 110-113
胶体在蛋白质分离方面的应用综述
Summarize of the application of colloid Chemistry in protein
separate
【摘要】
蛋白质是生物大分子，蛋白质溶液是稳定的胶体溶液，具有胶体溶液的特征，其中电泳现象和不能透过半透膜对蛋白质的分离纯化都是非常有用的。本文对应用蛋白质的胶体特性分离纯化蛋白质研究做综述性报告。
【关键词】蛋白质 分离 电泳 胶体 综述
【基本原理】
蛋白质之所以能以稳定的胶体存在主要是由于：
（1）蛋白质分子大小已达到胶体质点范围（颗粒直径在1～100nm 之间），具有较大表面积。
（2）蛋白质分子表面有许多极性基团，这些基团与水有高度亲和性，很容易吸附水分子。实验证明，每1g 蛋白质大约可结合0.3～0.5g 的水，从而使蛋白质颗粒外面形成一层水膜。由于这层水膜的存在，使得蛋白质颗粒彼此不能靠近，增加了蛋白质溶液的稳定性，阻碍了蛋白质胶体从溶液中聚集、沉淀出来。
（3）蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷，即在酸性溶液中带有正电荷，在碱性溶液中带有负电荷。由于同性电荷互相排斥，所以使蛋白质颗粒互相排斥，不会聚集沉淀。
蛋白质的胶体性质具有重要的生理意义。在生物体中，蛋白质与大量水结合形成各种流动性不同的胶体系统，如细胞的原生质就是一个复杂的胶体系统。生命活动的许多代谢反应即在此系统中进行。
如果这些稳定因素被破坏，蛋白质的胶体性质就会被破坏，从而产生沉淀作用。所谓蛋白质的沉淀作用是指在蛋白质溶液中加入适当试剂，破坏了蛋白质的水化膜或中和了其分子表面的电荷，从而使蛋白质胶体溶液变得不稳定而发生沉淀的现象。下列方法可使蛋白质产生沉淀并可有效地用于蛋白质的分离。
一、电泳方法
原理及优点：在电场作用下，带电颗粒在溶液中的运动称为电泳，在小离子的情况下，称为离子导电性现象。这是一种不完全的电解现象，所需的产物不是直接释放在电极上，而是使它们不同的运动同步受阻在两电极间的中间位置上。它能分离非常类似的物质，包括不同的蛋白质，提高了分折和制备的效果，特别是在纸上和在聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶上区带电泳的采用。
电泳是分离生化物质的一种有效的和多功能的方法。在电场的作用下，电泳流动性的差别，可用于许多物质的分离，其中包括离子、胶体、细胞物质、细胞器以及全细胞。以前电泳仅用于常规的生化分析，但近期在制备电泳上取得了许多重大的进展（如低容积高价值的化合物或试剂的生产中）。
电泳分离的优点是分辨率高和能保持产物的生物活性。
主要分为：1、毛细管电泳(CE) ：毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。毛细管电泳具有多种分离模式：毛细管区带电泳(CZE)、毛细管等速电泳(CITP)、毛细管等电聚焦(CIEF)等。应用毛细管电泳分离多肽类物质具有柱效高、分析时间短、所用样品量和试剂少等优点。2、二维凝胶电泳技术(two－dimensional del electrophoresis，2-DE) 2-DE是1975年由O ’Farrell 首次建立的，其基本原理是根据蛋白质具有不同等电点和相对分子质量的二个一级特性，将蛋白质的混合物在等电聚焦电泳(isoelectric focusing，IEF) 中进行第一维的分离，然后转入十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)进行第二维分离，分离胶经显色后，通过商业化的计算机软件对凝胶图像进行分析处理。3、二维差异凝胶电泳(two2－dimensional difference gel electrophoresis，2D-DIGE) 二维电泳技术的另一个突破. 该技术应用两种不同的荧光染料Cy3和Cy5，分别标记不同的蛋白质样品，然后将两种样品等量混合，在同一2-DE 中分离. 通过在同一块胶上对比一个蛋白点处两种不同荧光的强度，比较两种状态下特定蛋白质丰度变化、蛋白质的缺失或是否有新蛋白质的出现等。
二、双水相萃取方法
双水相体系萃取具有如下特点：
(1)含水量高(70%~90%)，是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；
(2)分相时间短，自然分相时间一般为5~15min；
(3)界面张力小(10-7~10-4mN/m)，有助于强化相际间的质量传递；
(4)不存在有机溶剂残留问题；
(5)大量杂质能与所有固体物质一同除去，使分离过程更经济；
(6)易于工程放大和连续操作。由于双水相萃取具有上述优点，
因此，被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。
三、膜分离技术
兴起于20 世纪60 年代的膜分离技术克服了蛋白质分离过程中的缺陷。它有以下特点: (1) 可以在分子级对蛋白质进行分离而不影响其性质和结构; (2) 不需要加热就可以浓缩; (3) 无化学变化:典型的物理分离过程使蛋白质保持原有的活性; (4) 能耗低、节约能源;(5) 容易清洗、可以再生。因此它正在取代传统的分离技术成为一种重要的方法。目前膜分离技术已广泛应用于水处理、电子、食品环保、化工、冶金、医药生物、能源、石油、仿生等领域, 并且日益受到人们的重视。
【相关研究】
1、膜分离在蛋白质分离纯化中的应用
以压力差为推动力膜分离过程（过滤，超滤，纳滤，反渗透）的分离性能由透过通量和截留率表征，其操作模式分浓缩和渗滤两种。膜分离技术用于分离，纯化，回收和浓缩蛋白质，如乳清蛋白，血清白蛋白，蛋清蛋白，西蒙德木蛋白，重组白细胞介素－2包涵体以及二元蛋白质混合物等。
2、双水相电泳分离蛋白质的研究
双水相电泳分离蛋白质的研究中提出了一种新型的双水相电泳装置并进行了双水相电泳分离肌红蛋白和牛血清白蛋白和细胞，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，但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等) 的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同。分配系数K 等于物质在两相的浓度比，由于各种物质的K 值不同，可利用双水相萃取体系对物质进行分离。
色索C 及其混合物的实验，研究了电场方向、-pH 值、电场强度和电泳时间对双水相萃取分离效果的影响．并与不加电场的双水相萃取的结果进行了比较．
3、固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质
固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质研究并开发了一种固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质的技术，以微孔滤膜作为液流的固定边，在电场的作用下，根据蛋白质所带的电荷的不同，可使目标蛋白或杂蛋白从一股液流电迁移至另一股液流。对该分离过程进行了理论分析，得出了以有效电泳迁移率为参数的数学模型。以牛血清
白蛋白和牛血红蛋白为分离分对象，确定了电场强度、蛋白质浓度和电泳时间等因素对分离过程的影响
4、膜分离技术在蛋白质类生物产品分离领域的应用展望
通过和传统的蛋白质类生物制品分离方法进行比较, 介绍了膜分离技术在蛋白质类物质分离和提纯中的应用。以压力差为推动力的膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等。其分离性能通常由透过通量和截留率表征, 而操作模式则可分为浓缩和渗透两种。文章综述了膜分离技术在蛋白质类产品分离中的研究和应用进展。
【参考文献】
【1】姚红娟 王晓琳，膜分离在蛋白质分离纯化中的应用，食品科学 2003年1期；28-30
【2】黎四芳 丁富新，双水相电泳分离蛋白质的研究，生物工程学报 1996年1期；66-69
【3】黎四芳 杜建新，固定边界的制备型自由流动电泳分离蛋白质；清华大学学报：自然科学
版1995年3期 32-35
【4】王银珍，膜分离技术在蛋白质类生物产品分离领域的应用展望 山东化工 2006/02 中国
期刊全文数据库 110-113