生化分離原理與技術(shù)

前言

生物技術(shù)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來(lái)由于全球能源和資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題日漸突出，只有依賴(lài)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)建立以可再生生物質(zhì)資源為原料清潔化生產(chǎn)各種化學(xué)品、材料與能源的新型工業(yè)模式，才能更好地保障人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。生化分離技術(shù)作為生物技術(shù)的下游技術(shù)，在整個(gè)生物技術(shù)中扮演的角色和所處的地位已日益受到人們的關(guān)注，生化分離技術(shù)方面的技能知識(shí)對(duì)從事生物技術(shù)方面研究的人員，或?qū)⒁M(jìn)行這方面研究的人們來(lái)講，顯然是非常需要的。生化分離技術(shù)發(fā)展快，應(yīng)用面廣，各方面也都有迫切需強(qiáng)化的要求，所以促使此方面的學(xué)術(shù)書(shū)籍更新較快。2006年出版的《生化分離技術(shù)》是江南大學(xué)給研究生開(kāi)設(shè)的“生化分離技術(shù)”課程的教材，本書(shū)在該教材的基礎(chǔ)上重新編寫(xiě)而成，除繼續(xù)保留對(duì)一些經(jīng)典技術(shù)的原理較為系統(tǒng)的描述外，還專(zhuān)門(mén)結(jié)合近年來(lái)新的應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明這些技術(shù)在應(yīng)用上的拓展以及以它們?yōu)榛A(chǔ)發(fā)展起來(lái)的融合技術(shù)的特點(diǎn)。而本書(shū)更重要的特色是在整體篇幅精簡(jiǎn)的同時(shí)，又專(zhuān)門(mén)增加了分離方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，因?yàn)樯蛛x過(guò)程往往是將若干單元純化技術(shù)聯(lián)合使用而實(shí)現(xiàn)的，在此過(guò)程中，選擇合理單元純化技術(shù)固然很重要，然而如何將這些技術(shù)合理地組合和按順序使用也是成功分離所必須考慮的。每章后設(shè)有相應(yīng)的思考題，是筆者多年來(lái)在教學(xué)方面的一些積累，可幫助更好地學(xué)習(xí)和掌握各種分離技術(shù)的原理。而技術(shù)的真正掌握和運(yùn)用尚需經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐過(guò)程，這是本書(shū)仍保留最經(jīng)典的兩個(gè)分離系列實(shí)驗(yàn)的主要原因。本書(shū)從內(nèi)容上講不僅適用于作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教材（生物技術(shù)方向的本科生或生物工程、食品工程等專(zhuān)業(yè)的研究生），也很適合作為相關(guān)領(lǐng)域科研人員的參考書(shū)。非常感謝參與《生化分離技術(shù)》編寫(xiě)的教師周楠迪、史鋒、華子安、楊海麟，他們的辛苦筆耕給本書(shū)的編寫(xiě)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。最后要感謝化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，使本書(shū)得以順利出版。由于本人水平有限，不足與疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)專(zhuān)家和廣大讀者批評(píng)斧正。

內(nèi)容概要

　　《生化分離原理與技術(shù)》對(duì)一些經(jīng)典技術(shù)的原理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的論述，結(jié)合近年來(lái)新的應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明這些技術(shù)在應(yīng)用上的拓展以及以它們?yōu)榛A(chǔ)發(fā)展出來(lái)的融和技術(shù)的特點(diǎn)。重要特色如下：專(zhuān)門(mén)編入了分離方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，因?yàn)樯蛛x過(guò)程往往是將若干單元純化技術(shù)聯(lián)合使用而實(shí)現(xiàn)的，在此過(guò)程中，選擇合理單元純化技術(shù)固然很重要，然而如何將這些技術(shù)合理地組合和按順序使用也是成功分離所必須考慮的?！　∶空潞笤龈较鄳?yīng)的思考題，是筆者多年來(lái)在教學(xué)方面的一些積累，可幫助讀者更好地學(xué)習(xí)和掌握各種分離技術(shù)的原理?！　〖夹g(shù)的真正掌握和運(yùn)用尚需經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐過(guò)程，這是《生化分離原理與技術(shù)》仍保留最經(jīng)典的兩個(gè)分離實(shí)驗(yàn)的主要原因。　　《生化分離原理與技術(shù)》可以作為生物工程、生物技術(shù)、發(fā)酵工程、生化工程、食品工程等專(zhuān)業(yè)的本科或研究生教材，也可供從事生物分離方向研究的技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第一章 緒論一、生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史和地位二、生化分離技術(shù)的研究范疇三、生化分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)思考題參考文獻(xiàn)第二章 生物樣品的預(yù)處理第一節(jié) 概述第二節(jié) 動(dòng)植物材料預(yù)處理一、植物組織提取物的制備二、動(dòng)物組織提取物的制備三、細(xì)菌中重組蛋白的提取制備第三節(jié) 細(xì)胞的破碎與分離一、概述二、常用的幾種破碎方法三、細(xì)胞破碎技術(shù)研究的發(fā)展方向第四節(jié) 沉淀技術(shù)一、概述二、沉淀方法第五節(jié) 預(yù)處理技術(shù)實(shí)例一、納米級(jí)微生物細(xì)胞破碎原理及實(shí)例二、β-環(huán)糊精共沉淀分離法三、殼聚糖沉淀分離法思考題參考文獻(xiàn)第三章 膜分離技術(shù)第一節(jié) 概述一、發(fā)展史二、作用及存在問(wèn)題三、分類(lèi)和定義第二節(jié) 技術(shù)原理一、壓力特征二、濃差極化三、膜分離理論四、膜的截留能力五、膜的污染六、膜組件的選擇七、膜的選擇及使用第三節(jié) 微濾技術(shù)一、概述二、膜的分類(lèi)三、膜的特點(diǎn)和分離機(jī)理四、膜的污染和清洗第四節(jié) 超濾技術(shù)一、概述二、原理三、問(wèn)題及解決措施四、膜的改性第五節(jié) 納濾技術(shù)一、概述二、分離機(jī)理三、納濾膜第六節(jié) 超微濾操作技術(shù)一、預(yù)處理二、膜的操作三、膜的清洗和膜性能的再生第七節(jié) 膜分離技術(shù)的應(yīng)用一、微濾技術(shù)應(yīng)用二、超濾技術(shù)應(yīng)用三、納濾技術(shù)應(yīng)用思考題參考文獻(xiàn)第四章 色譜分離技術(shù)第一節(jié) 概述一、色譜的基本概念二、色譜法的分類(lèi)第二節(jié) 吸附色譜簡(jiǎn)介一、吸附色譜影響因素二、羥基磷灰石色譜方法介紹第三節(jié) 凝膠過(guò)濾色譜一、凝膠過(guò)濾色譜原理二、凝膠過(guò)濾色譜介質(zhì)三、凝膠過(guò)濾色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)四、凝膠過(guò)濾色譜的應(yīng)用第四節(jié) 離子交換色譜一、離子交換色譜相關(guān)理論二、離子交換色譜介質(zhì)(離子交換劑)三、離子交換色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)四、離子交換色譜的應(yīng)用第五節(jié) 親和色譜一、基本原理二、親和色譜配體三、親和吸附劑四、親和色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)五、親和色譜的特殊類(lèi)型六、親和色譜的應(yīng)用第六節(jié) 反相色譜一、反相色譜原理二、反相色譜介質(zhì)三、反相色譜流動(dòng)相四、反相色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)五、反相色譜的應(yīng)用第七節(jié) 疏水作用色譜一、疏水作用色譜基本原理二、疏水作用色譜介質(zhì)三、疏水作用色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)四、疏水作用色譜的應(yīng)用第八節(jié) 色譜聚焦簡(jiǎn)介一、機(jī)制簡(jiǎn)介二、多組分緩沖劑與多緩沖離子交換劑三、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)思考題參考文獻(xiàn)第五章 電泳技術(shù)第一節(jié) 概述一、基本原理二、凝膠支持介質(zhì)三、檢測(cè)方法四、電泳儀器第二節(jié) 天然聚丙烯酰胺凝膠電泳一、基本原理二、天然聚丙烯酰胺凝膠電泳的類(lèi)型三、影響分離效果的因素四、蛋白質(zhì)分子量的測(cè)定五、天然聚丙烯酰胺凝膠電泳的實(shí)驗(yàn)方法六、天然聚丙烯酰胺凝膠電泳的應(yīng)用范圍第三節(jié) 十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳一、十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳的分離原理二、十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳的類(lèi)型三、影響分離效果的因素四、蛋白質(zhì)亞基分子量的測(cè)定五、十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳的實(shí)驗(yàn)方法六、十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳的應(yīng)用范圍第四節(jié) 等電聚焦一、原理二、載體兩性電解質(zhì)和pH梯度的形成三、載體兩性電解質(zhì)等電聚焦方法四、固相pH梯度介質(zhì)及其pH梯度的形成五、固相pH梯度等電聚焦方法六、等電聚焦系統(tǒng)的選擇七、等電聚焦的應(yīng)用范圍第五節(jié) 雙向電泳一、樣品制備二、等電聚焦三、緩沖液置換四、梯度十二烷基硫酸鈉－聚丙烯酰胺凝膠電泳五、檢測(cè)六、蛋白質(zhì)圖譜分析七、應(yīng)用第六節(jié) 免疫電泳一、原理二、免疫電泳類(lèi)型三、免疫電泳技術(shù)四、電泳方法五、應(yīng)用第七節(jié) 蛋白質(zhì)印跡一、原理二、試驗(yàn)材料的選擇三、蛋白質(zhì)印跡試驗(yàn)方法四、應(yīng)用第八節(jié) 毛細(xì)管電泳一、原理二、毛細(xì)管電泳的主要類(lèi)型三、毛細(xì)管電泳儀四、影響毛細(xì)管電泳分離的主要因素五、毛細(xì)管電泳過(guò)程六、毛細(xì)管電泳的應(yīng)用思考題參考文獻(xiàn)第六章 其他分離技術(shù)第一節(jié) 離心分離技術(shù)一、概述二、基本原理和計(jì)算三、超離心技術(shù)第二節(jié) 泡沫分離技術(shù)一、分類(lèi)二、基本原理三、操作方式及其影響因素四、泡沫分離的應(yīng)用第三節(jié) 膜分離集成技術(shù)一、概述二、原理和特點(diǎn)三、膜色譜介質(zhì)材料及其組件四、膜色譜的制備五、膜色譜的應(yīng)用第四節(jié) 模擬移動(dòng)床簡(jiǎn)介一、概述二、工作原理三、模擬移動(dòng)床模型四、模擬移動(dòng)床的應(yīng)用思考題參考文獻(xiàn)第七章 分離方案的設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述第二節(jié) 分離的主要流程一、建立分析方法二、提取材料選擇三、提取方法選擇四、分離純化方法的探索五、均一性的鑒定第三節(jié) 分離技術(shù)的選擇和組合一、單元分離技術(shù)的選擇二、融合技術(shù)或稱(chēng)集成分離技術(shù)三、分離技術(shù)組合方案的選擇原則第四節(jié) 典型生物分子分離實(shí)例分析一、蛋白質(zhì)（酶）的分離純化與鑒定二、核酸的分離純化與鑒定三、多糖的分離純化與鑒定四、小分子物質(zhì)的分離與鑒定思考題參考文獻(xiàn)附錄 生化分離實(shí)驗(yàn)部分系列實(shí)驗(yàn)1 凝膠色譜法測(cè)定蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)器材和試劑四、實(shí)驗(yàn)操作五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與處理系列實(shí)驗(yàn)2 酵母蔗糖酶的提取與純化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)過(guò)程

章節(jié)摘錄

插圖：溶質(zhì)的疏水性質(zhì)是由其化學(xué)組成決定的，有機(jī)分子中由于碳鏈結(jié)構(gòu)的存在，絕大多數(shù)具有不同程度的疏水性。其中帶有長(zhǎng)的烴鏈、脂環(huán)、芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子有著較強(qiáng)的疏水性，而帶有羧基、羥基、氨基等強(qiáng)極性基團(tuán)的有機(jī)分子疏水性相對(duì)較弱。隨著反相色譜技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸用此方法來(lái)分離純化中、高分子量的生物分子，該技術(shù)目前已成為寡肽、多肽、蛋白質(zhì)、聚核苷酸等分離純化中不可缺少的一種手段。寡肽的疏水性質(zhì)完全取決于其氨基酸組成。根據(jù)氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)不同，人們將氨基酸分為極性氨基酸和非極性氨基酸，常見(jiàn)的非極性氨基酸包括色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸等。顯然，構(gòu)成寡肽的氨基酸中非極性氨基酸數(shù)量越多，側(cè)鏈基團(tuán)疏水性越強(qiáng)，寡肽疏水性也就越強(qiáng)。聚核苷酸本身屬于極性分子，其分子中的磷酸基團(tuán)和核糖（或脫氧核糖）基團(tuán)都是高度極性的，但由于堿基部分是疏水性的，利用反相色譜也能很好地分離寡聚核苷酸。多肽和蛋白質(zhì)的情況則要復(fù)雜得多，這兩者屬于生物大分子，均由氨基酸組成，不同的多肽和蛋白質(zhì)的差異在于氨基酸組成和排列順序不同。多肽和蛋白質(zhì)的疏水性質(zhì)與非極性氨基酸含量間并沒(méi)有直接聯(lián)系，這是因?yàn)樯锎蠓肿訒?huì)形成特定的空間構(gòu)象，各個(gè)氨基酸分布在空間構(gòu)象的不同位置，而決定其疏水性的是那些分布在大分子表面的氨基酸。在對(duì)蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的研究中人們發(fā)現(xiàn)，多數(shù)球狀蛋白質(zhì)在形成高級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)傾向于將非極性氨基酸分布在分子內(nèi)部，而將極性氨基酸分布在分子表面，這樣整個(gè)蛋白質(zhì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的親水性，能溶于水溶液。隨著研究的深入，人們認(rèn)識(shí)到在蛋白質(zhì)形成特定的空間構(gòu)象時(shí)，疏水作用扮演著重要角色，分布在大分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)間的疏水相互作用穩(wěn)定了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。有些類(lèi)型的蛋白質(zhì)，例如與生物膜結(jié)合的膜蛋白，將大量非極性氨基酸分布在分子表面形成疏水區(qū)域，這些區(qū)域在蛋白質(zhì)進(jìn)人生物膜的磷脂雙層，跨越生物膜的信號(hào)傳導(dǎo)等過(guò)程中起重要作用，而這些區(qū)域的存在賦予蛋白質(zhì)以很強(qiáng)的疏水性而易于吸附在反相色譜介質(zhì)表面。即使是親水性的球狀蛋白質(zhì)，大多數(shù)在天然狀態(tài)下分子表面也會(huì)擁有一定比例的疏水區(qū)域，而這部分區(qū)域與其生物活性往往也是相關(guān)的。反相色譜的高分辨特性使其能夠區(qū)分這些分子在疏水性質(zhì)方面的細(xì)微差異，而有效地進(jìn)行分離。  （三）反相色譜的保留機(jī)理  反相色譜中溶質(zhì)的保留機(jī)理多年來(lái)一直是人們研究的內(nèi)容，曾經(jīng)提出過(guò)多種假設(shè)和理論。在反相色譜發(fā)展初期，人們用吸附和分配行為來(lái)解釋保留機(jī)理，認(rèn)為當(dāng)色譜介質(zhì)表面鍵合單層疏水基團(tuán)時(shí)，溶質(zhì)的保留行為主要受吸附機(jī)理控制，即溶質(zhì)分子因?yàn)榕c固定相之間存在特定的作用力而被吸附在固定相表面；當(dāng)色譜介質(zhì)表面鍵合聚合物時(shí)，溶質(zhì)的保留行為主要受分配機(jī)理控制，即溶質(zhì)在固定相上的結(jié)合與脫離受到溶質(zhì)在兩相中的溶解度的控制。然而在很多情況下都很難用吸附和分配來(lái)解釋保留行為及建立有關(guān)的數(shù)學(xué)模型。目前關(guān)于反相色譜機(jī)理普遍被人們接受的是由Horvath于1976年提出的疏溶劑理論（Solvophobic theory）。根據(jù)該理論，具有一定疏水性的溶質(zhì)分子進(jìn)入極性流動(dòng)相時(shí)，會(huì)在流動(dòng)相中占據(jù)相應(yīng)的空間而排斥一部分溶劑分子而導(dǎo)致在極性溶劑中形成一個(gè)空腔，當(dāng)溶質(zhì)分子隨流動(dòng)相的推動(dòng)接觸到固定相時(shí)，溶質(zhì)分子的非極性部分會(huì)將附著在非極性固定相上的溶劑膜擠開(kāi)，直接與固定相上的疏水基團(tuán)相結(jié)合，構(gòu)成單分子吸附層，而極性部分暴露在溶劑中。也就是說(shuō)人們通常所說(shuō)的溶質(zhì)分子被“吸附”在固定相表面，實(shí)際上是由于溶質(zhì)分子的疏水部分與極性溶劑之間的斥力造成的，而不是非極性溶質(zhì)和非極性固定相之間的微弱的非極性作用力的緣故。溶質(zhì)分子的這種疏溶劑斥力是可逆的，當(dāng)流動(dòng)相極性減弱時(shí)，疏溶劑斥力下降，溶質(zhì)從固定相表面“解吸”而隨著流動(dòng)相被洗脫下來(lái)。

編輯推薦

《生化分離原理與技術(shù)》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

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