水溶液提取:
大部分蛋白質均溶于水、稀鹽、稀堿或稀酸溶液中。因此蛋白質的提取一般以水為主。稀鹽溶液和緩沖溶液對蛋白質穩定性好、溶度大,也是提取蛋白質的最常用溶劑。
鹽溶液提取:
以鹽溶液及緩沖液提取蛋白質進常注意下面幾個因素。
鹽濃度
等滲鹽溶液尤以0.02~0.05mol/L 磷酸鹽緩沖液和碳酸鹽緩沖液常用。0.15mol/L
氯化鈉溶液應用也較多。如6-磷酸葡萄糖脫氫酶用0.1mol/L
碳酸氫鈉液提取等。有時為了螯合某些金屬離子和解離酶分子與其他雜質的靜電結合,也常使用枸櫞酸鈉緩沖液和焦磷酸鈉緩沖液。有些蛋白質在低鹽濃度下濃度低,如脫氧核糖核蛋白質需用1mol/L
以上氯化鈉液提取。總之,只要能溶解在水溶液中而與細胞顆粒結合不太緊密的蛋白質和酶,細胞破碎后選擇適當的鹽濃度及PH,一般是不難提取的。只有某些與細胞顆粒上的脂類物質結合較緊的,需采
用有機溶劑或加入表面活性劑處理等方法提取。
PH 值:
蛋白質提取液的PH
值首先應保證在蛋白質穩定的范圍內,即選擇在偏離等電點兩側。如堿性蛋白質則選在偏酸一側,酸性蛋白質選擇偏堿一側,以增大蛋白質的溶解度,提高提取效果。如細胞色素C
屬堿性蛋白質,常用稀酸提取,肌肉甘油醛-3-磷酸脫氫酶屬酸性蛋白質,用稀堿提取。某些蛋白質或酶與其分物質結合常以離子鍵形式存在,選擇PH3~6
范圍對于分離提取是有利的。
溫度:
多數酶的提取溫度在5℃以下。少數對溫度耐受性較高的蛋白質和酶,可適當提高溫度,使雜蛋白變性分離且也有利于提取和進一步純化。如胃蛋白酶等及許多多肽激素類,選擇37~50℃條件下提取,效果比低溫提取更好。
此外提取酶時加入底物或輔酶,改變酶分子表面電荷分布,也能促進提取效果。
有機溶劑提取:
有機溶劑提取用于提取蛋白質的實例至今是不多的。但一些和脂結合較牢或分子中非極性側鏈較多的蛋白質,不溶于水、稀鹽或稀堿液中,可用不同比例的有機溶劑提取。從一些粒線體(Mitochondria)及微粒體(Microsome)等含多量脂質物質中提取蛋白質時,采用Morton
的丁醇法效果較好。因丁醇使蛋白質的變性較少,親脂性強,易透入細胞內部,與水也能溶解10%,因此具有脂質與水之間的表面活性作用,可占據蛋白質與脂質的結合點,也阻礙蛋白質與脂質的再結合,使蛋白質在水中溶解能力大大增加。丁醇提取法的pH
及溫度選擇范圍較廣(pH3~10,溫度-2℃至40℃)。國內用該法曾成功地提取了琥珀酸脫氫酶。
丁醇法對提取堿性磷酸脂酶效果也是十分顯著的。胰島素既能溶于稀酸、稀堿又能溶于酸性乙醇或酸性丙酮中。以60—70%的酸性乙醇提取效果最好,一方面可抑制蛋白質水解酶對胰島素的破壞,同時也達到大量除去雜蛋白的目的。
表面活性劑的利用:
對于某些與脂質結合的蛋白質和酶,也有采用表面活性劑如膽酸鹽及十二烷基磺酸鈉等處理。表面活性劑有陰離子型(如脂肪酸鹽、烷基苯磺酸鹽及膽酸鹽等),陽離子型(如氧化芐烷基二甲基銨等)及非離子型(Triton
X-100 、TirtonX-114、吐溫60
及吐溫80)等。非離子型表面活性劑比離子型溫和,不易引起酶失活,使用較多。對于膜結構上的脂蛋白和結構,己廣泛采用膽酸鹽處理,兩者形成復合物,并帶上凈電荷,由于電荷再排斥作用使膜破裂。近年來研究膜蛋白使用表面活性劑的稀溶液提取時,較喜歡用非離子型表面活性劑。
對提取物的保護:
在各種細胞中普遍存在著蛋白水解酶,提取時要注意防止由它引起的水解。前面所講的降低提取溫度其目的之一也是防止蛋白水解酶的水解。多數蛋白水解酶的最適PH
在3~5 或更高些,因在較低PH
條件下可降低蛋白質水解酶引起的破壞程度。低pH可使許多酶的酶原在提取過程中不致激活而保留在酶原狀態,不表現水解活力。加蛋白質水解酶的抑制劑也同樣起保護作用,如以絲氨酸為活性中心的酶加二異丙基氟磷酸,以巰基為中心的酶加對氯汞苯甲酸等。提取溶液中加有機溶劑時也能產生相類似的作用。蛋白水解酶的性質變化很大,上述條件均視具體對象而變化。
有一些蛋白含巰基,這些巰基可能是活性所必需。在提取這種蛋白不要帶入金屬離子和氧化劑。前者可往提取液中加金屬螯合劑如EDTA,后者可加入還原劑如抗壞血酸。有某些蛋白質帶一些非共價鍵結合的配基。提取時要注意保護,不要使酸基丟失。
四、蛋白質的分離純化
從破碎材料或細胞器提出的蛋白質是不純的,需進一步純化。純化包括將蛋白質與非蛋白質分開,將各種不同的蛋白質分開。選擇提取條件時,就要考慮盡量除去非蛋白質。一般總是有其它物質伴隨混入提取液中。但有些雜質(如脂肪)以事先除去為宜。先除去便于以后操作。常用有機溶劑提取除去。
對于異類物質,提純蛋白質和酶時常混有核酸或多糖,一般可用專一性酶水解,有機溶劑抽取及選擇性部分沉淀等方法處理。小分子物質常在整個制備過程中通過多次液相與固相轉化中被分離或最后用透析法除去。而對同類物質如酶與雜蛋白、RNA、DNA
以及不同結構的蛋白質、酶、核酸之間產分離,情況則復雜得多。主要采用的方法有鹽析法、有機溶劑沉淀法,等電點沉淀法、吸附法、結晶法、電泳法、超離心法及柱層析法等。其中鹽析法、等電點法及結晶法用于蛋白質和酶的提純較多,有機溶劑抽提和沉淀用于核提純較多,柱層析法、梯度離心法對蛋白質和核酸的提純應用十分廣泛。如前所述,蛋白質的分離純化較難,而且其本身的性質又限制了某些方法的使用,因此要研究目的物的微細特征,巧妙的聯用各種方法并進行嚴密的操作,同時有必要了解精制各過程的精制程度和回收率。具有活性的蛋白質可利用吸收光譜等物理性質或以相當于單位氮活性增加為尺度進行追蹤。其他蛋白質可用電泳、超離心、層析、擴散及溶解等測定純度。如結晶核糖核酸酶經層析分為兩個成分。
可見對確定蛋白質結晶純度尚無最終的尺度。根據經驗即或純凈的標準品,有極微量的不純物時,也會給實驗帶來較大的影響。不穩定的蛋白質,如分離SH-酶時使用試劑及緩沖液等,要確認不含重金屬離子(特級試劑也需檢定)。蛋白質純化的操作如脫鹽、濃縮干燥等均與低分子化合物不同,必須經過獨特的繁瑣操作。
蛋白質和蛋白質相互分離主要利用它們之間的各種性質的微小差別。諸如分子形狀、分子量大小、電離性質、溶解度、生物功能專一性等。