新型绿色溶剂的合成及其双水相体系在蛋白质绿色分离中的应用研究

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蛋白质是生命的物质基础,参与生物体的新陈代谢、基因表达、信号转换等生命现象,与各种形式的生命活动紧密联系在一起。蛋白质组学是指在蛋白质水平上定量、动态、整体性地研究生物体的一门科学,主要研究蛋白质的特征,包括蛋白质的表达、翻译、修饰、构象及蛋白质间相互作用等。随着蛋白质组学研究的日益进展,蛋白质的分离、富集及快速检测等问题受到极大的关注。蛋白质分离纯化是指用生物工程下游技术从混合物当中分离纯化出所需要的目标蛋白质的方法。传统的蛋白质分离纯化技术包括电泳、透析、层析和超速离心等,这些分离技术难度大、消耗成本高。因此寻找一种高效、低耗、环保的蛋白质分离方法显得尤为重要。作为一种对环境友好的反应介质和绿色溶剂,离子液体具有许多独特的性质,已获得广泛关注。其“绿色”的特点表现在以下几个方面:蒸汽压几乎为零,不可燃性,溶解性良好,导电性优异以及电化学稳定窗口宽等。然而,离子液体在蓬勃发展的同时,也存在一些问题,如合成复杂、提纯困难、制备成本高,因此限制了其大规模工业化生产及应用。此外,一些研究表明,吡啶类离子液体和咪唑类离子液体并不是真正意义上的绿色溶剂。因此,寻找一种合成简单且更为环保的绿色溶剂具有十分重要的意义。本文以蛋白质作为研究对象,设计合成两类新型绿色溶剂——胍盐离子液体和低共熔溶剂,结合现代新兴的样品前处理技术——双水相萃取技术,从样品中萃取分离蛋白质,系统研究各因素对蛋白质萃取效果的影响,确定蛋白质的最佳萃取条件,并进行蛋白质萃取机理的研究。结果表明,簇集现象是离子液体(低共熔溶剂)双水相体系萃取蛋白质的主要驱动力。具体内容如下:1、新型绿色溶剂的合成与表征胍盐离子液体的合成与表征:以1,1,3,3-四甲基胍(TMG)和不同的酸(丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸、乳酸、马来酸、衣康酸、山梨酸和肉桂酸)为原料,在室温下采用酸碱中和法,一步合成八种带有不同阴离子的胍盐离子液体,并用FT-IR,1HNMR和13CNMR对产物进行表征。低共熔溶剂的合成与表征:选择几种不同的季铵盐(氯化胆碱、四甲基氯化铵、四丙基溴化铵)和氢键给体(尿素、甲基脲)为原料,在一定温度下合成四种不同的低共熔溶剂,并用FT-IR对产物进行表征。2、胍盐离子液体双水相体系的相平衡及萃取蛋白质的应用研究建立了胍盐离子液体结合双水相萃取技术萃取分离牛血清白蛋白(BSA)、卵清蛋白(OVA)和牛血红蛋白(BHb)的方法。在278nm、278nm和404nm处分别对BSA、OVA和BHb进行紫外检测,结果表明:BSA在0.05-1.00mg/mL浓度范围内、OVA在0.10-1.00mg/mL浓度范围内、BHb在0.05-0.175mg/mL浓度范围内线性关系良好,线性回归方程分别为: Y=-0.00291+0.61535X(R2=0.99984),Y=0.01607+0.89953X(R2=0.99971),Y=-0.00874+6.38159X(R2=0.99945)。绘制双水相体系的相图考察体系的成相规律。通过正交试验优化萃取条件(离子液体用量、盐浓度、目标蛋白质量、萃取时间和萃取温度),获得四甲基胍丙烯酸盐离子液体和磷酸氢二钾组成的双水相体系萃取BSA的最佳条件:离子液体3.0mmol,盐浓度0.5g/mL,蛋白质25mg,萃取温度25℃,萃取时间30min。在最佳萃取条件下,蛋白质萃取率可达99.62%。运用紫外可见光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、动态激光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)表征优化条件下胍盐离子液体双水相体系萃取蛋白质的机理。方法学考察表明,所拟方法具有良好的精密度和重现性,将该方法用于蛋白质的绿色分离,萃取效果令人满意。3、低共熔溶剂双水相体系的成相规律及萃取蛋白质的应用研究建立了低共熔溶剂结合双水相萃取技术萃取分离牛血清白蛋白(BSA)、卵清蛋白(OVA)和胰蛋白酶(Try)的方法。在278nm处对BSA、OVA和Try进行紫外检测,结果表明:BSA在0.05-1.00mg/mL浓度范围内、OVA在0.10-1.00mg/mL浓度范围内、Try在0.05-1.00mg/mL浓度范围内线性关系均保持良好,线性回归方程分别为:Y=-0.00291+0.61535X(R2=0.99984), Y=0.01607+0.89953X(R2=0.99971),Y=0.00154+0.13881X(R2=0.99993)。通过单因素实验和正交试验,获得氯化胆碱-尿素低共熔溶剂和磷酸氢二钾组成的双水相体系萃取BSA的最佳条件:低共熔溶剂1.6g,盐浓度0.6g/mL,萃取温度25℃,萃取时间10min。在最佳萃取条件下,蛋白质平均萃取率可达99.90%。运用紫外可见光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、圆二色谱(CD)、动态激光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)表征优化条件下低共熔溶剂双水相体系萃取蛋白质的机理。所拟方法在蛋白质萃取溶剂方面有所突破,且具有良好的精密度和重现性,为蛋白质的绿色分离分析提供了一种全新思路。
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