蛋白質吸附平衡和動力學理論研究.pdf

1、蛋白質的離子交換平衡和動力學行為在生物分離過程的設計和優(yōu)化中起著十分重要的作用.然而,離子交換色譜理論尚不完善,圍繞蛋白質離子交換色譜理論,本文展開了以下的研究工作: 1.采用統(tǒng)計熱力學模型(ST模型)研究了蛋白質(BSA和Hb)在陰離子交換劑DEAE Spherodex M上的吸附平衡行為.結果表明,ST模型可以很好地描述不同離子強度條件下單組分和雙組分蛋白質的吸附平衡行為.隨著離子強度增高,吸附相伴離子對蛋白質與吸附劑之間和

2、蛋白質分子間靜電力的屏蔽作用增大.在相同的離子強度條件下,BSA與DEAE Spherodex M之間的靜電引力較強；BSA分子之間的靜電斥力大于Hb分子之間的靜電斥力.在相同的離子強度條件下的Hb-BSA雙組分吸附體系中,BSA與吸附界面靜電吸引作用強,吸附競爭力強.由ST模型參數1/α<,i>和k<,ii>分別計算得到蛋白質的有效電荷數基本一致. 2.采用ST模型進而研究了BSA和lib在陽離子交換劑SP Sepharose

3、 FF的吸附平衡行為.研究結果表明,隨著離子強度增高,吸附相伴離子對蛋白質與吸附劑之間和蛋白質分子間靜電力的屏蔽作用增大；而溶液pH值的升高引起蛋白質與吸附界面間的靜電引力及蛋白質分子間靜電斥力減弱.在相同的離子強度和pH值條件下,Hb與SP Sepharose FF之間的靜電引力較強；Hb分子之間的靜電斥力大于BSA分子之間的靜電斥力.此時,在Hb-BSA雙組分吸附體系中,Hb與吸附界面靜電吸引作用強,吸附競爭力強. 3.建立

4、了考慮吸附劑的粒徑分布(PSD)的有效孔擴散模型(EPDM)、表面擴散模型(SDM)、Maxwell-Stefan模型(MSM).通過蛋白質的間歇吸附動力學實驗,研究了蛋白質(BSA)在陽離子交換劑(SP Sepharose FF)孔內的擴散.結果表明,這三種模型均能很好地擬合蛋白質的動態(tài)吸附曲線；但由于傳質驅動力不同,各模型對孔內蛋白質沿吸附劑徑向濃度分布圖的預測存在較大差異. 4.利用共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)直接觀測

5、了蛋白質在吸附劑顆粒內部的徑向濃度分布情況.通過觀測結果與考慮吸附劑PSD的模型(EPDM,SDM和MSM)擬合吸附劑孔內蛋白質徑向濃度分布結果的比較,可以看出在目前的研究體系中SDM能夠比EPDM更好地預測孔內蛋白質濃度分布圖,MSM模型對孔內蛋白質濃度分布的預測結果介于另外兩種模型之間. 5.由于在使用共聚焦顯微鏡觀測吸附劑孔內蛋白質時,需要用熒光色素標記蛋白分子,給實驗結果帶來了誤差.考慮到使用綠色熒光蛋白作為模型蛋白可以