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蛋白质提取与纯化技术

蛋白质含量测定法及比较

本实验的目的是学会各种蛋白质含量的测定方法。了解各种测定方法的基本原理和优缺点。

蛋白质含量测定法，是生物化学研究中最常用、最基本的分析方法之一。目前常用的有四种古老的经典方法，即定氮法，双缩尿法（Biuret法）、Folin－酚试剂法（Lowry法）和紫外吸收法。另外还有一种近十年才普遍使用起来的新的测定法，即考马斯亮蓝法（Bradford法）。其中Bradford法和Lowry法灵敏度最高，比紫外吸收法灵敏10～20倍，比Biuret法灵敏100倍以上。定氮法虽然比较复杂，但较准确，往往以定氮法测定的蛋白质作为其他方法的标准蛋白质。

    值得注意的是，这后四种方法并不能在任何条件下适用于任何形式的蛋白质，因为一种蛋白质溶液用这四种方法测定，有可能得出四种不同的结果。每种测定法都不是完美无缺的，都有其优缺点。在选择方法时应考虑：①实验对测定所要求的灵敏度和精确度；②蛋白质的性质；③溶液中存在的干扰物质；④测定所要花费的时间。

考马斯亮蓝法（Bradford法），由于其突出的优点，正得到越来越广泛的应用。

一、微量凯氏（Kjeldahl）定氮法

样品与浓硫酸共热。含氮有机物即分解产生氨（消化），氨又与硫酸作用，变成硫酸氨。经强碱碱化使之分解放出氨，借蒸汽将氨蒸至酸液中，根据此酸液被中和的程度可计算得样品之氮含量。若以甘氨酸为例，其反应式如下：

    CH2COOH

    |            + 3H2SO4  ®  2CO2 + 3SO2 +4H2O +NH3    (1)

    NH2

    2NH3 + H2SO4  ®  (NH4)2SO4                      (2)

    (NH4)2SO4 + 2NaOH ® 2H2O +Na2SO4 + 2NH3          (3)

    反应（1）、(2)在凯氏瓶内完成，反应（3）在凯氏蒸馏装置中进行。

为了加速消化，可以加入CuSO4作催化剂，K2SO4以提高溶液的沸点。收集氨可用硼酸溶液，滴定则用强酸。实验和计算方法这里从略。

计算所得结果为样品总氮量，如欲求得 样品中蛋白含量，应将总氮量减去非蛋白

氮即得。如欲进一步求得样品中蛋白质的含量，即用样品中蛋白氮乘以6．25即得。

五种蛋白质测定方法比较如下：

二、双缩脲法（Biuret法）

（一）实验原理

双缩脲（NH3CONHCONH3）是两 个分子脲经180℃左右加热，放出一个分子氨后得到的产物。在强碱性溶液中，双缩脲与CuSO4形成紫色络合物，称为双缩脲反应。凡具有两个酰胺基或两个直接连接的肽键，或能过一个中间碳原子相连的肽键，这类化合物都有双缩脲反应。

[img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-11541.png[/img][img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-12647.png[/img]                            H2O

[img=,2,74]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-28163.png[/img][img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-4395.png[/img][img=,16,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-15282.png[/img]          O=C                              C=O

[img=,98,43]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-25423.png[/img]              HN                          NH

[img=,62,33]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-3406.png[/img][img=,23,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-10620.png[/img][img=,37,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-20581.png[/img]        R-CH                                  CH-R

[img=,98,22]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-19328.png[/img][img=,2,64]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-9240.png[/img][img=,62,23]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-12358.png[/img][img=,30,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-11983.png[/img][img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-23339.png[/img][img=,30,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-27295.png[/img][img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-6495.png[/img]        O=C              Cu                  C=O

[img=,23,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-26045.png[/img][img=,37,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-26360.png[/img]              HN                          NH

        R-CH                                  CH-R

[img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-8119.png[/img][img=,2,12]file:///C:\Users\我是发~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps_clip_image-12759.png[/img]                          H2O

                        紫色络合物

    紫色络合物颜色的深浅与蛋白质浓度成正比，而与蛋白质分子量及氨基酸成分无关，故可用来测定蛋白质含量。测定范围为1~10mg蛋白质。干扰这一测定的物质主要有：硫酸铵、Tris缓冲液和某些氨基酸等。

    此法的优点是较快速 ，不同的蛋白质产生颜色的深浅相近，以及干扰物质少。主要的缺点是灵敏度差。因此双缩脲法常用于需要快速，但并不需要十分精确的蛋白质测定。

（二）试剂与器材

    1. 试剂：

  （1）标准蛋白质溶液：用标准的结晶牛血清清蛋白（BSA）或标准酪蛋白，配制成10mg/ml的标准蛋白溶液，可用BSA浓度1mg/ml的A280为0.66来校正其纯度。如有需要，标准蛋白质还可预先用微量凯氏定氮法测定蛋白氮含量，计算出其纯度，再根据其纯度，称量配制成标准蛋白质溶液。牛血清清蛋白用H2O 或0.9%NaCl配制，酪蛋白用0．05N NaOH配制。

  （2）双缩脲试剂：称以1.50克硫酸铜（CuSO4·5H2O）和6.0克酒石酸钾钠（KNaC4H4O6·4H2O），用500毫升水溶解，在搅拌下加入300毫升10% NaOH溶液，用水稀释到1升，贮存于塑料瓶中（或内壁涂以石蜡的瓶中）。此试剂可长期保存。若贮存瓶中有黑色沉淀出现，则需要重新配制。

    2. 器材：

    可见光分光光度计、大试管15支、旋涡混合器等。

（三）操作方法

    1. 标准曲线的测定：取12支试管分两组，分别加入0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0毫升的标准蛋白质溶液，用水补足到1毫升，然后加入4毫升双缩脲试剂。充分摇匀后，在室温（20~25℃）下放置30分钟，于540nm处进行比色测定。用未加蛋白质溶液的第一支试管作为空白对照液。取两组测定的平均值，以蛋白质的含量为横座标，光吸收值为纵座标绘制标准曲线。

    2、样品的测定：取2~3个试管，用上述同样的方法，测定未知样品的蛋白质浓度。注意样品浓度不要超过10mg/ml。

三、Folin—酚试剂法（Lowry法）

（一）实验原理

    这种蛋白质测定法是最灵敏的方法之一。过去此法是应用最广泛的一种方法，由于其试剂乙的配制较为困难（现在已可以订购），近年来逐渐被考马斯亮兰法所取代。此法的显色原理与双缩脲方法是相同的，只是加入了第二种试剂，即Folin—酚试剂，以增加显色量，从而提高了检测蛋白质的灵敏度。这两种显色反应产生深兰色的原因是：在碱性条件下，蛋白质中的肽键与铜结合生成复合物。‚Folin—酚试剂中的磷钼酸盐—磷钨酸盐被蛋白质中的酪氨酸和苯丙氨酸残基还原，产生深兰色（钼兰和钨兰的混合物）。在一定的条件下，兰色深度与蛋白的量成正比。

    Folin—酚试剂法最早由Lowry确定了蛋白质浓度测定的基本步骤。以后在生物化学领域得到广泛的应用。这个测定法的优点是灵敏度高，比双缩脲法灵敏得多，缺点是费时间较长，要精确控制操作时间，标准曲线也不是严格的直线形式，且专一性较差，干扰物质较多。对双缩脲反应发生干扰的离子，同样容易干扰Lowry反应。而且对后者的影响还要大得多。酚类、柠檬酸、硫酸铵、Tris缓冲液、甘氨酸、糖类、甘油等均有干扰作用。浓度较低的尿素（0.5%），硫酸纳（1%），硝酸纳（1%），三氯乙酸（0.5%），乙醇（5%），乙醚（5%），丙酮（0.5%）等溶液对显色无影响，但这些物质浓度高时，必须作校正曲线。含硫酸铵的溶液，只须加浓碳酸钠—氢氧化钠溶液，即可显色测定。若样品酸度较高，显色后会色浅，则必须提高碳酸钠—氢氧化钠溶液的浓度1~2倍。

    进行测定时，加F olin—酚试剂时要特别小心，因为该试剂仅在酸性pH条件下稳定，但上述还原反应只在pH=10的情况下发生，故当Folin一酚试剂加到碱性的铜—蛋白质溶液中时，必须立即混匀，以便在磷钼酸—磷钨酸试剂 被破坏之前，还原反应即能发生。

    此法也适用于酪氨酸和色氨酸的定量测定。

    此法可检测的最低蛋白质量达5mg。通常测定范围是20~250mg。

（二）试剂与器材

    1.试剂

  （1）试剂甲：

（A） （A）      10克 Na2CO3，2克 NaOH和0.25克酒石酸钾钠 （KNaC4H4O6·4H2O）。溶解于500毫升蒸馏水中。

（B） （B）      0.5克硫酸铜（CuSO4·5H2O）溶解于100毫升蒸馏水中，每次使用前，将50份（A）与1份（B）混合，即为试剂甲。

  （2）试剂乙：

    在2升磨口回流瓶中，加入100克钨酸钠（Na2WO4·2H2O）,25克钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）及700毫升蒸馏水，再加50毫升85%磷酸，100毫升浓盐酸，充分混合，接上回流管，以小火回流10小时，回流结束时，加入150克 硫 酸 锂（Li2SO4），50毫升蒸馏水及数滴液体溴，开口继续沸腾15分钟，以便驱除过量的溴。冷却后溶液呈黄色（如仍呈绿色，须再重复滴加液体溴的步骤）。稀释至1升，过滤，滤液置于棕色试剂瓶中保存。使用时用标准NaOH滴定，酚酞作指示剂，然后适当稀释，约加水1倍，使最终的酸浓度为1N左右。

  （3）标准蛋白质溶液:

    精确称取结晶牛血清清蛋白或 g—球蛋白，溶于蒸馏水，浓度为250 mg/ml左右。牛血清清蛋白溶于水若混浊，可改用0.9 % NaCl溶液。

    2. 器材

  （1）可见光分光光度计

  （2）旋涡混合器

  （3）秒表

  （4）试管16支

（三）操作方法

    1. 标准曲线的测定：取16支大试管，1支作空白，3支留作未知样品，其余试管分成两组，分别加入0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0毫升标准蛋白质溶液（浓度为250mg/ml）。用水补足到1.0毫升，然后每支试管加入5毫升试剂甲，在旋涡混合器上迅速混合，于室温（20～25℃）放置10分钟。再逐管加入0.5毫升试剂乙（Folin—酚试剂），同样立即混匀。这一步混合速度要快，否则会使显色程度减弱。然后在室温下放置30分钟，以未加蛋白质溶液的第一支试管作为空白对照，于700nm处测定各管中溶液的吸光度值。以蛋白质的量为横座标，吸光度值为纵座标，绘制出标准曲线。

    注意：因Lowry反应的显色随时间不断加深，因此各项操作必须精确控制时间，即第1支试管加入5毫升试剂甲后，开始计时，1分钟后，第2支试管加入5毫升试剂甲，2分钟后加第3支试管，余此类推。全部试管加完试剂甲后若已超过10分钟，则第1支试管可立即加入0.5毫升试剂乙，1分钟后第2支试管加入0.5毫升试剂乙，2分钟后加第3支试管，余此类推。待最后一支试管加完试剂后，再放置30分钟，然后开始测定光吸收。每分钟测一个样品。

    进行多试管操作时，为了防止出错，每位学生都必须在实验记录本上预先画好下面的表格。表中是每个试管要加入的量（毫升），并按由左至右，由上至下的顺序，逐管加入。最下面两排是计算出的每管中蛋白质的量（微克）和测得的吸光度值。