1. 凝膠層析的基本原理:
凝膠層析(Gel Chromatography)是利用凝膠層析介質的網狀結構,根據(jù)分子大小進行分離的一種方法。其基本原理是含有不同尺寸大小的分子進入層析柱后,較大的分子不能通過孔道擴散進入凝膠珠體內部,而與流動相一起流出層析柱;較小的分子可通過部分孔道,更小的分子可通過任意孔道擴散進入珠體內部。這種顆粒內部擴散的結果,使小分子向柱下的移動減慢,從而樣品根據(jù)分子大小的不同依次按一定順序從柱內流出,一般是大分子先流出來,小分子后流出來,從而達到分離的目的。凝膠層析介質像分子篩一樣,將大小不同的分子進行分離,因此,凝膠層析又叫分子篩層析或稱尺寸排阻層析。
層析柱中的填料是某些惰性的多孔網狀結構物質,多是交聯(lián)的聚糖(如葡聚糖或瓊脂糖)類物質,小分子物質能進入其內部,流下來速度慢,而大分子物質卻被排除在外部,下來的速度快,當混合溶液通過凝膠過濾層析柱時,溶液中的物質就按不同分子量篩分開了。
2. 凝膠層析的優(yōu)點:
分離條件溫和,可在多種條件下工作。凝膠層析介質為不帶電荷的惰性物質,不與溶質分子發(fā)生作用,分離條件溫和,蛋白質維持原結構,故不易變性,可保持被分離成分的理化性質。凝膠層析可在相當廣的溫度范圍內進行操作,因此更適用于某些不穩(wěn)定的分子,尤其是那些對pH值、金屬離子濃度敏感的、對環(huán)境要求苛刻的生物分子的分離。為滿足蛋白質的特殊要求,可以在多種條件下進行分離,如在高離子強度、低離子強度,以及脲、鹽酸胍存在的環(huán)境下進行分離。
蛋白質回收率高。目標蛋白質的回收率很高,幾乎可達100%,且實驗重現(xiàn)性好。
應用面廣泛。工作范圍廣,分離分子量的覆蓋面大,可分離相對分子質量從幾百到數(shù)百萬的分子,尤其適用于活性大分子的分離。凝膠層析對環(huán)境的要求不嚴格,可以在低溫下操作,也可在37℃下進行分離,還可以根據(jù)蛋白質的需求選用多種緩沖液。
設備簡單,易于操作。凝膠層析的設備簡單,易于操作,周期短,每次分離之后介質不需再生,故可連續(xù)使用,有的凝膠層析柱可連續(xù)應用幾百次甚至上千次。
3. 凝膠層析的應用:
脫鹽:高分子(如蛋白質、核酸、多糖等)溶液中的低分子量雜質,可以用凝膠層析法除去,這一操作稱為脫鹽。本法脫鹽操作簡便、快速、蛋白質和酶類等在脫鹽過程中不易變性。
分離提純:凝膠層析法已廣泛用于酶、蛋白質、氨基酸、多肽、多糖、核酸、激素、疫苗、生物堿等物質的分離提純。凝膠對熱原有較強的吸附力,可用來去除無離子水中的致熱原制備注射用水。
分子量的測定:用一系列已知分子量的標準品放入同一凝膠柱內,在同一條件下層析,記錄每一分鐘成分的洗脫體積,并以洗脫體積對分子量的對數(shù)作圖,在一定分子量范圍內可得一直線,即分子量的標準曲線。測定未知物質的分子量時,可將此樣品加在測定了標準曲線的凝膠柱內洗腫后,根據(jù)物質的洗脫體積,在標準曲線上查出它的分子量。
高分子溶液的濃縮:通常將凝膠層析介質干膠投入到稀的高分子溶液中,這時水分和低分子量的物質就會進入凝膠粒子內部的孔隙中,而高分子物質則排阻在凝膠顆粒之外,再經離心或過濾,將溶脹的凝膠分離出去,就得到了濃縮的高分子溶液。
凝膠層析因其條件溫和,操作簡單,蛋白質回收率高及重現(xiàn)性好等特點,在生物化學、醫(yī)學及分子生物學等方面獲得廣泛的應用,如蛋白質、酶、多肽、抗體及激素的分離純化,分子量測定及多聚體研究,臨床分析,熱原去除及藥物制備等,在輕工食品等領域也得到極為廣泛的應用。