實驗原理
IgG是免疫球蛋白(Immunoglobulin,簡稱IgG)的主要成分之一,分子量約為15萬~16萬,沉降生活費數約為7s。IgG是動物和人體血漿的重要成分之一。血漿蛋白質的成分多達70余種,要從血漿中分離出IgG,首先要進行盡可能除去其他蛋白質成分的粗分離程序,使IgG在樣品中比例大為增高,然后再純化而獲得IgG。
鹽析法是粗分離蛋白質的重要方法之一。許多蛋白質在純水或低鹽溶液中溶解度較低,若稍加一些無機鹽則溶解度增加,這種現象稱為“鹽溶"(Salting in)。而當鹽濃度繼續增加到某一濃度時,蛋白質又變得不深而自動析出,這種現象稱為“鹽析‘(Salting out)。這些現象的原理大致是由于蛋白質是親水膠體,帶有羧基解離的負電荷或氨基解離的正電荷,其極性基團使分子間相互排斥,同時與水分子形成水膜,這些因素保證蛋白質形成溶于水的溶膠狀態。當加入少量鹽時,增多了蛋白質分子上的極性基團,因而增大了蛋白質在水中溶解度,出現“鹽溶"現象。但當鹽濃度增加到一定濃度時,一方面大量的水同鹽分子結合,使得蛋白質沒有足夠的水維持溶解狀態,破壞了維持蛋白質親水膠的水膜,容易沉淀出來;另一方面加入的鹽離子中和了蛋白質分子相互磁撞時即發生相互聚集沉淀出來,這樣就出現了“鹽析"現象。由于各種蛋白質“鹽析"出來所需的鹽濃度也各異,鹽析所需的最小鹽量稱做鹽析濃度。鹽析法就是通過控制鹽的濃度,使蛋白質混合溶液中的各個成分分步“鹽析"出來,達到分離目的蛋白質。
鹽析法是1878年Hammarster首ci使用的,他用liu酸鎂成功地將血清蛋白分成為清蛋白、球蛋白兩部分。自那以后曾使用過硫酸鈉、氯化鈉、磷酸鈉和硫酸銨等中性鹽來鹽析蛋白質,其中運用最guang的是硫酸銨。因為硫酸銨有許多其他鹽所不具備的優點,如在水中化學性質穩定;溶解度大,25℃時能達到4.1mol/L的濃度;溶解度的溫度系數變化較小,在0~30℃范圍內溶解度變化不大,如25℃時飽和溶解度為4.12mol/L,即767g/L,0℃時飽和溶解度為3.9mol/L,即676g/L。而且硫酸銨價廉易得,分段效果比其他鹽好,性質溫和,即使濃度很高時也不會影響蛋白質的生物學活性。因此,現在所指的鹽析法實際上多為硫酸銨鹽析法。
用硫酸銨分級鹽析蛋白質時,鹽析出某種蛋白質成分所需的硫酸銨濃度一般以飽和度來表示。實際工作中將飽和硫酸銨溶液的飽和度定為100%或1。鹽析某種蛋白質成分所需的硫酸銨數量折算成100%或1飽和度的百分之幾,即秒為該蛋白鹽析的飽和度。飽和度可以根據情況用下述兩種方法計算。
1.飽和硫酸銨溶液法
在蛋白質溶液的總體不大,要求達到飽和度在50%以下時,可選用此方法。在已知鹽析出某各蛋白質成分所要過到飽和度時,可按下列公式計算出應加入飽和硫酸銨溶液的數量:
式中:V0——蛋白質溶液的原始體積;
C2——所要達到硫酸銨飽和度;
C1——原來溶液的硫酸銨飽和度;
V——應加入飽和硫酸銨溶液的體積。
將計算所得體積的飽和硫酸銨溶液加入到混合蛋白質溶液中,即可達到鹽析的目的。嚴格講,混合兩不同溶液時,混合后的總體積并不等于混合前兩種溶液體積之和,而上式中是按相等于計算的,所以會產生誤差。但實驗證明所造成的誤差一般小于20%,故可忽略不計。
2.固體硫酸銨法
所需達到的飽和度較高,而蛋白質溶液的體積又不能再過分增大時,采用直接加入固體硫酸銨的方法。欲達到某到飽和度可按下列公式計算出應加入固體硫酸銨的數量:
X是將1L飽和度為C1溶液提高到飽和度為C2時,需要加入固體硫酸銨的重量(g)。G和A為常數,數值與溫度有關。現在已將達到各種飽和度所需固體硫酸銨的數量列成表,使用時不需計算可直接從表中查出。
市售固體硫酸銨中一般殘留有硫酸,所以制備的飽和硫酸銨溶液的PH常在4.5 ~5.5之間,作用之前應該用氫氧化銨調節,使其PH為7。用固體硫酸銨鹽析時,蛋白質應溶解于具有一定緩沖能力的溶液中,并且在加入硫酸銨中還含有一些重金屬離子,用量大時易使蛋白質變性,在這種情況下可加入一些EDTA等螯合劑以螯合這些金屬離子。
硫酸銨鹽析法可使蛋白質的純度提高約5倍,而且可以除去DNA,RNA等。但鹽析后的蛋白質中仍含有一些雜蛋白,所以鹽析產生的產品為粗分離產品需要進一步純化。本實驗中利用離子交換層析法純化。在離子交換層析之前,由于鹽析所得的蛋白質中含有大量硫酸銨,將影響離子交換層析。所以,在層析之前需要“脫鹽"。“脫鹽"有凝膠過濾法和透析法,本實驗將采用凝膠過濾法。
操作方法
(1)在1支離心管中加入5ml血清和5ml 0.01mol/L,PH7.0 磷酸鹽緩沖液,混勻。用皮頭滴管吸取飽和硫酸銨溶液,邊滴加邊攪拌于血漿溶液中,使溶液的最終飽和度為20%(應加入飽和硫酸銨溶液多少毫升?),用滴管邊加邊攪拌,是為防止飽和硫酸銨1次性加入或攪拌不均勻造成局部過飽和的現象,使鹽析達不到預期的飽和度,得不到目的蛋白質。攪拌時不要過急以免產生過多泡沫,致使蛋白質變性。加完后應在4℃放置15min,使之充分鹽析(蛋白質樣品量大時,應放置過夜)。然后以3000r/min離心10min。棄去沉淀(沉淀為纖維蛋白原),在上清液中為清蛋白、球蛋白。
(2)量取上清液的體積,置于另一離心管中,用滴管繼續在上清液中滴加飽和硫酸銨溶液,使溶液的飽和度達到50%(應加飽和硫酸銨溶液多少毫升?)。加完后在4℃放15min,以3000r/min離心10min,清蛋白在上清液中,沉淀為球蛋白。棄去上清液,留下沉淀部分。
(3)將所得的沉淀再溶于5ml0.01mol/L,PH7.0磷酸鹽緩沖液中。滴加飽和硫酸銨溶液,使溶液的飽和度達35%(應加入飽和硫酸銨溶液多少毫升?)。加完后4℃放置20min,以3000r/min離心15min,a,b球蛋白在上清液中,沉淀為IgG。棄去上清液,即獲得粗制的IgG沉淀。
為了進一步化,操作(3)可得1~2次。將獲得的粗IgG沉淀溶解于2ml0.0175mol/L,PH6.7磷酸鹽緩沖液中備用。
試劑和器材
(1)飽和硫酸銨溶液:取化學純(NH4)2SO4800g,加蒸餾水1000ml,不斷攪拌下加熱至50~60℃,并保持數分鐘,趁熱過濾,濾液在室溫中過夜,有結晶析出,即達到100%飽和度,作用時用濃NH4OH調至PH7.0。
(2)0.01mol/L,PH7.0,磷酸鹽緩沖溶液:取0.2mol/L Na2HPO4溶液61.0ml,0.2 mol/L Na2HPO4溶液39.0ml,混合,用酸度計檢查PH應為7.0。取該混合液50ml,加入7.5gNaCl,用蒸餾水1000ml。
(3)0.0175mol/L,PH.7,磷酸鹽緩沖溶液:取0.2 mol/L Na2HPO4溶液43.5ml與0.2 mol/L Na2HPO4溶液56.5ml相混合,用酸度計檢查PH應為6.7。取該混合液87.5ml,用蒸餾水稀釋至1000ml。