《生物分离工程》知识点讲解整理
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生物分离工程 第一章(绪论)
生物分离工程的定义和过程 生物分离工程定义(名词解释):
为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称,指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等提取、分离纯化、富集生物产品的过程。过程:
目标产物捕获
目标产物初步纯化(萃取、沉淀、吸附等方法) 目标产物高度纯化和精制
细胞分离三种手段:重力沉降离心沉降过滤 第二章
离心分离原理和方法:
原理:离心沉降是在离心力的作用下发生的。 单位质量的物质所受到的离心力: 式:
r为离心半径,即从旋转轴心到沉降颗粒的距离;
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ω为旋转角速度; N为离心机的转数,s-1 方法:(1)差速离心分级
(2)区带离心(差速区带离心、平衡区带离心) 离心分离设备:
离心力(转速)的大小:低速离心机、高速离心机、超离心机 按用途:分析性、制备性
按工业应用:管式离心机、碟片式离心机
实验室用以离心管式转子离心机,离心操作为间歇式 悬浮液的预处理方法和目的: 方法:
1.加热:最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率
调pH值:方法简单有效、成本低廉
2.凝聚:在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰和NaCl)作用下,细胞蛋白质等胶体去稳定,并聚集成1mm大小的凝聚块的过程。(机理:破坏双电层,水解后胶体吸附,氢键结合等)
3.絮凝:在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下,胶体颗粒和聚合电解质交连成网,形成10mm大小的絮凝团过程。(机理:絮凝剂主要起和电荷、桥架和网络作用)
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4.惰性助滤剂:一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质,用于扩大过滤表面的适应范围,减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。(使用方法:预涂层;按一定比率混合。助滤剂种类:硅藻土、纤维素、未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙等。)
目的:提高过滤速度和过滤质量是过滤操作的目标。 各种细胞破碎技术原理和优缺点:
原理:许多生物产物在细胞培养过程保留在细胞内,需破碎细胞,使目标产物选择性地释放到液相。破碎的细胞或其碎片去除后,上清液用于进一步的分离纯化。
细胞破碎技术分为:机械破碎法、化学法、物理渗透法 机械法和化学法的比较 机械破碎法缺点:
A、高能、高温、高噪音、高剪切力,易使产品变性失活; B、非专一性,胞内产物均释放,分离纯化困难; C、细胞碎片大小不一,难分离。 化学破碎法缺点: A、费用高;
B、化学或生化试剂的添加引起新的污染;
C、破碎速度低,效率差,一般只有有限的破碎,常与机械 法连用。
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物理渗透法
优点:条件比较温和,有利于目标产物的高活力释放回收。 缺点:破碎效率较低、产物释放速度低、处理时间长、不适于大规模细胞破碎,局限于实验室规模的小批量使用。
包含体的解决方法(一般步骤): (一)包含体的分离纯化
(二)包含体溶解(可溶性变性、还原蛋白质) (三)变性蛋白质的复性和重新氧化 (四)蛋白质一般的分离纯化 第三章
沉淀的概念与结晶的区别: 沉淀:
沉淀是物理环境的变化引起溶质溶解度降低、生成固体凝聚物的现象。具有浓缩与分离的双重作用。
联系:在本质上都是新相析出的过程,主要是物理变化。
区别:结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出;沉淀为不定形的固体颗粒,构成成分复杂,纯度低。
蛋白质表面性质:
1.蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区、亲水区和疏水区构成。
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2.蛋白质水溶液呈胶体性质
3.使蛋白质形成稳定的胶体溶液、凝聚沉淀的因素:水化层和双电层
影响盐析的因素:
无机盐(种类、浓度)、温度和pH值 硫酸铵盐析的特点:
价格便宜、溶解度大且受温度影响很小、能稳定蛋白质(酶)。 几种沉淀的方法和优缺点:
(盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、热沉淀的原理和优缺点) 1.盐析沉淀原理
蛋白质溶液的离子强度增大时,蛋白质表面的双电层厚度降低,静电排斥作用减弱。盐离子的水化作用使蛋白质表面疏水区附近的水化层脱离蛋白质,暴露出疏水区域,增大了蛋白质表面疏水区之间的疏水相互作用,容易发生凝集,进而沉淀。
优点:盐析广泛应用于各类蛋白质的初步纯化和浓缩。在某些情况下还可用于蛋白质的高度纯化。
缺点:利用盐析沉淀得到的目标产物含盐量较高,一般在盐析沉淀后,需进行脱盐处理,才能进行后续的分离操作(如离子交换色谱)。
2.等电点沉淀原理
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