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酵素純化方法

酵素分析方法

問 題 集

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1 酵素純化實驗室

2 蛋白質抽取

3 色層分析法

4 其它純化方法

5 純化策略

     

4.1  製備式電泳

4.2  超高速離心法

4.3  超微薄膜過濾法

 

  其它純化或分離方法

要大量純化酵素時,通常前面的步驟還是要使用 傳統層析方法,再加上 HPLC FPLC 則可以得到更純的均質蛋白質;製備式電泳超高速離心法,也可以增加純度,但處理量較少;而 超微薄膜過濾法 並非純化步驟,但在純化的各階段過程中,可濃縮蛋白質並除去小分子。

 4.1  製備式電泳

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製備式電泳通常以不含 SDS 的原態 disc-PAGE 進行,以便回收具有活性的蛋白質;蛋白質樣本要先經過部分純化,否則效果不佳,並先以分析式小電泳確定所要色帶的位置。 製備式電泳的詳細操作方法,請見『酵素化學實驗』 B3 酵素操作方法 2.4 節。

a. 電泳用具

商品的製備式電泳器具繁多,都相當複雜昂貴;但使用一般 8 × 16 cm 大小的垂直平板電泳,利用 3 mm 厚的間隔條即可進行;量小時用迷你電泳亦足夠使用。

 

b. 注意事項

(1) 鑄膠 分離膠体只佔全高度一半,焦集膠体佔四分之一,則樣本可佔其餘的四分之一 (以上述大小膠体而言約有 15 mL);不用樣本齒模,只跑一種樣本

(2) 預跑 最好在樣本加入前,先預跑約 20 min,以除去 APS 的影響

(3) 電泳 可在冷房進行,條件大略同一般電泳,勿使膠体過熱,勿跑太快

(4) 定位蛋白質 方法很多,量多時可以 300 nm 波長紫外光照射,切出所呈現的色帶;否則要先切一小條膠体染色,再比對位置切出色帶

(5) 電泳溶離 收集膠体內的蛋白質,這一步會損失不少蛋白質,要特別小心

製備式電泳膠片

 

 

 

製備式電泳操作

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4.2  超高速離心法

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a. 沉降係數

蛋白質分子在離心時,其 分子量、分子密度、組成、形狀 等,均會影響其沉降速率,沉降係數 即用來描述此沉降性質; 其單位為 S (Svedberg unit),每一種蛋白質的沉降係數與其分子密度或分子量成正比。 不同沉降係數的蛋白質,可利用超高速離心法,在密度梯度中作分離。

超高速離心的沉降係數

b. 密度梯度作法

一般有三種製作梯度的方式:

(1) 在樣本溶液中直接溶入 CsCl,經離心後自動形成梯度

(2) 使用梯度製造器,在離心管內預先拉好 甘油 蔗糖 的梯度,加樣本後離心

(3) 在一極為熟悉的離心操作中,以上亦可以 階段式 (stepwise) 梯度進行

 

c. 兩種離心方式

上述 (1) (2) 二者,分屬兩類不同的離心形式,列表並以圖解說明如下︰

 

表 4.1 兩種超高速離心方式的比較:

   

圖 4.1  高速離心與兩種超高速離心法的比較

d. 離心陀種類

使用不同離心陀,有不同離心方式及效果。

(1) 角型 (angle rotor): 典型的離心方式,多用在大量製備時

(2) 懸籃式 (swing bucket rotor): 傳統用在密度梯度離心

(3) 垂直 (vertical rotor): 取代懸籃式,可大大縮短離心時間

(4) 區帶 (zonal rotor): 在梯度離心後,可直接分劃出各區帶樣本

(5) 連續式 (continuous rotor): 可一邊離心,一邊加入或取出樣本

 

e. 操作注意

超高速離心因為轉速極高,離心陀構造也較複雜,操作上要非常小心,完全純熟後才進行實驗,新手要有熟練者在旁指導。 操作時特別注意下列各點:

(1) 離心管的平衡要準確,封管要確實,否則液体可能被抽乾

(2) 使用懸籃式離心陀,在懸掛離心管時,要注意有沒有掛妥

(3) 轉速切勿超過所使用離心陀的最高限,老舊者的最高限還要打折

(4) 離心後要清理離心陀,可用水沖乾淨後晾乾;尤其使用 CsCl 者,非洗不可

(5) 時常檢查離心艙及離心陀,注意有無腐蝕及傷痕,有者立刻請廠商檢修

 

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 4.3  超微薄膜過濾法

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a. 超微薄膜過濾技術 (ultrafiltration, UF)

(1) 使用具有極細孔徑的薄膜,可以分離分子量不同的分子;薄膜上的小孔,只能讓某分子量以下的分子通過,此分子量稱為該薄膜的 cut-off

(2) 其基本原理類似透析,但 UF 薄膜的孔徑則更細,而且可選擇孔徑大小。 應用這種薄膜技術的方式很多,主要用在 濃縮脫鹽 無菌過濾

(3) 另外在純水的製造上,以薄膜配合 逆滲透 (reverse osmosis, RO) 所製成的管柱,可除去水中 90% 以上的離子

  

b. 超微膜濃縮裝置

 

因樣本体積的大小不同,有各種不同的微膜設計,常用者如下:

(1) 空心管 (hollow fiber): 微膜薄層鋪在堅固空心小管的內側,當樣本通過空心管時,小分子則由側面擠出,比較不會有局部過濃的問題

(2) 多層側流板 (tangential-flow): 多層微膜疊在一起,溶液流動方向與微膜平面成平行,小分子由側向微膜擠出,無局部過濃的問題

(3) 攪拌加壓過濾 (stirred cell): 加壓迫使分子濾過微膜,並在薄膜表面攪動,以防止局部過濃而阻塞微膜細孔

(4) 振動濃縮子: 可直接浸入含有樣本的試管中進行濃縮,微膜平敷在濃縮子表面,以振動去除局部過濃現象,沒有無效体積,故樣本損失量較低

(5) 微膜離心管: 離心管中橫置一微膜,利用離心力把小分子擠過,大分子留在上方;樣本數目多而體積少時,多採用此法

 

c. 其它濃縮方法

除了上述之超微薄膜系統之外,另有其他常用的濃縮方法︰ 硫酸銨沉澱、冷凍乾燥、透析袋濃縮、電泳溶離、真空冷凍離心、氮氣吹乾等。 注意其中有些方法,在濃縮後鹽濃度會提高,而使用超微薄膜則無此缺點。 4.2 比較各種濃縮方法的使用体積及範圍;實驗室較常用的是 Stirred cell, Centricon (Centriprep) SpeedVac

 

圖 4.2  各種濃縮方法的使用範圍比較

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本網頁最近修訂日期: 2001/06/22