CN113087787B - 一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法 - Google Patents
一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,将粗蚯蚓血红蛋白液采用双水相萃取制备高浓度蛋白液,高浓度蛋白液再经超滤纯化及层析分离后冻干成粉;双水相萃取的萃取剂由PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O组成。本发明全程使用无毒试剂,所获得的蚯蚓血红蛋白提取率高,纯度高,活性好,耗时较短,可用于生物医学领域血红蛋白结构与功能精深研发。
Description
技术领域
本发明涉及蛋白质分离纯化技术领域,尤其涉及一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法。
背景技术
蚯蚓血红蛋白分子由于在某些方面具备独特优势,在国外已成为血红蛋白氧载体研发领域新靶标,但国内尚无从蚯蚓分离纯化活性血红蛋白方法的公开文献。
特定蛋白分离技术主要由目标蛋白理化特性决定,但不同方法在获得率、纯度、活性、效率等方面有明显差异。蚯蚓体内血红蛋白含量极低,易受多种混杂蛋白影响,活性保护困难,使用常规的蛋白分离技术提纯蚯蚓血红蛋白,很难在获得率、纯度、活性、效率等方面取得满意效果。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是:如何从蚯蚓中高效分离纯化活性蚯蚓血红蛋白。
为了解决上述的技术问题,本发明采用了如下的技术方案:一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法包括以下步骤:
一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,包括制备粗蚯蚓血红蛋白液、超滤纯化、层析分离、制备冻干粉,其特征在于将粗蚯蚓血红蛋白液采用双水相萃取制备高浓度蛋白液,高浓度蛋白液再经超滤纯化及层析分离后制成冻干粉;所述双水相萃取的萃取剂由PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O组成,PEG6000质量分数为10%-12%,(NH4)2SO4质量分数为9%-11%,NaCl质量分数为范围为0.1%-1.0%,其余为H2O。
双水相萃取的萃取剂各组方最佳质量分数为PEG6000 10%、(NH4)2SO49%、NaCl0.5%,其余为H2O。
本发明的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法要求在2-8℃低温环境中进行,所有操作需要轻柔。
双水相萃取时按以下进行操作:将粗蚯蚓血红蛋白液加入到萃取剂轻轻摇匀,于2-8℃环境,静置萃取3.4h-16.2h,收集下层红色液体,于12000r/min,2-8℃,30min离心,去沉淀,去上层少许淡黄色液体,得到高浓度蛋白液。
所述的萃取剂与粗蚯蚓血红蛋白液的质量比例比为4∶1-6∶1。
所述的制备粗蚯蚓血红蛋白液按以下操作进行:
1)将鲜活的蚯蚓用洁净水洗净;
2)将洗净的蚯蚓置于2-8℃纯水中2-4h,待蚯蚓腔内容物排出后捞出蚯蚓;
3)再用2-8℃纯水再次清洗,放入组织匀浆机中搅碎,制成蚯蚓组织匀浆;
4)将蚯蚓组织匀浆离心,取上层暗红色液体,再次离心,取上层清液即为粗蚯蚓血红蛋白液。
本方法全程在低温环境中进行,低温为2-8℃。
所述的超滤纯化为使用100kDa超滤离心管进行超滤纯化。
层析分离使用葡聚糖凝胶G200装柱,使用2-8℃0.9%NaCl水溶液洗脱。
制备冻干粉步骤包括层析分离所得的浓缩液体置于-20℃中完全冻结,再使用真空低温冷冻干燥机冷冻干燥。
真空低温冷冻干燥机设置为真空度0.37mbar,温度-30℃。
1)制备粗蚯蚓血红蛋白液:
a.将鲜活的蚯蚓用洁净水洗净;
b.置于2-8℃纯水中2-4h,待蚯蚓腔内容物排出;
c.用2-8℃纯水再次清洗后,置于组织匀浆机中搅碎,制成蚯蚓组织匀浆;
d.将蚯蚓组织匀浆离心;
e.取上层暗红色液体,再次离心;
f.取上层清液即为粗蚯蚓血红蛋白液;
2)双水相萃取:
a.选取PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl、H2O建立双水相萃取体系;
b.确定各组分最佳配比浓度范围;
c.缓慢加入适量的粗蚯蚓血红蛋白液,使用超声波促进溶解,制成萃取混合液、静置于2-8℃的低温环境中,静置3.4h-16.2h后收集下层红色液体;
d.将收集到的下层红色液体离心分离,去掉沉淀及上层淡黄色液体,取得红色的高浓度蛋白液。
3)超滤纯化;
将高浓度蛋白液加入到超滤管中,采用离心超滤的方式,滤膜使用100kDa。在此过程中,重复加入与滤出液同体积的2-8℃低温纯水,多次离心超滤后,直至滤出液成分接近纯水,离心超滤过程完成。超滤纯化液密闭保存在2-8℃低温环境中。
4)层析分离;
a.装柱:选择葡聚糖凝胶颗粒G200装填;
b.平衡:NaCl水溶液预冷层析柱;
c.上样:超滤纯化液2ml,湿法上样;
d.洗脱:使用低温NaCl水溶液洗脱;
e.收样:待洗脱液体稍变红,立刻使用1.5-2.5ml EP管收集洗脱液,依次编号,每管收集1ml。当洗脱液接近无色时,停止收样;
f.绘制洗脱曲线:将各管洗脱液取20μl,利用氰化高铁血红蛋白法依次测量其540nm处吸光度值,绘制蛋白洗脱曲线;
g.选样:选取占洗脱曲线峰面积约80%的对应样本,合并;
h.浓缩:超滤离心,得蚯蚓血红蛋白高纯浓缩液;
5)制备冻干粉;
a.层析分离所得的蚯蚓血红蛋白高纯浓缩液置于-20℃中完全冻结;
b.放于真空低温冷冻干燥机3h-6h,冷冻干燥,获得蚯蚓血红蛋白粉;
所有步骤在2-8℃环境中完成,减少室温暴露时间有利于蚯蚓血红蛋白活性保护。所有操作应该轻柔,粗暴操作可能影响结果。
针对目前蚯蚓血红蛋白分离提取困难的问题,发明人建立了一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,包括制备粗蚯蚓血红蛋白液、超滤纯化、层析分离、制备冻干粉,将粗蚯蚓血红蛋白液采用双水相萃取制备高浓度蛋白液,高浓度蛋白液再经超滤纯化及层析分离后制成冻干粉;所述双水相萃取的萃取剂由PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O组成。为获得更好的技术效果,发明人深入研究了双水相萃取体系,获得各组分的最佳配比。
本发明所获得的有益效果是:本发明通过建立双水相萃取体系提高提取率并缩短萃取时间,随后使用超滤纯化、层析分离、制备冻干粉,全程采用无毒试剂,在2-8℃环境实施,保障纯度和活性,获取蚯蚓血红蛋白纯度>76%,提取率>71%,以血氧分析仪可检测到携氧活性,以SDS-PAGE电泳及扫描光谱可检测到特征结构。
附图说明
图1是PEG6000/(NH4)2SO4双水相体系相图。
图2是通过本发明获得的蚯蚓血红蛋白携氧活性检测图。图中P50=9.44mmHg。
图3是通过本发明获得的蚯蚓血红蛋白SDS-PAGE电泳鉴定图。图中A为Hr三聚体,B为Hr四条连接链(27-30kDa)浓集带,C为珠蛋白(a17.5kDa、b16.3kDa、c17.3kDa)浓集带,D为珠蛋白d链(15.9kDa)。
图4是通过本发明获得的蚯蚓血红蛋白紫外光谱鉴定图。图中以牛血红蛋白(BHb)为对照,蚯蚓血红蛋白(Hr)具备Soret带(416nm)及更明显的Q带特征吸收峰(540nm,576nm)。
图5是通过本发明获得的蚯蚓血红蛋白红外光谱鉴定图。图中1655,1540,1397和1250cm-1谱带,分别为Hr主链肽键产生的酰胺I、酰胺II、酰胺IV和酰胺V带,与牛血红蛋白(BHb)吸收带非常接近。
具体实施方式
实施例1 将鲜活的赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)用自来水洗净,去除泥土、黏液等。将洗净的蚯蚓浸泡于4℃纯水中,静置2h后将蚯蚓再次用4℃纯水清洗,再将蚯蚓置于组织匀浆机中搅碎,6000-7000r/min,15s,制成蚯蚓匀浆。将蚯蚓匀浆离心,4℃,6000r/min,40min,取上层暗红色液体,再次离心:12000r/min,4℃,30min。取上层清液粗蚯蚓血红蛋白液,密封保存待用。
以PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O,配制萃取剂混合液:PEG6000质量分数为10%,(NH4)2SO4质量分数为为9%,NaCl质量分数为为0.1%,其余为H2O。配制好轻轻摇匀后冷却至4℃,按萃取剂:粗蚯蚓血红蛋白液质量比6∶1将粗蚯蚓血红蛋白液加入到萃取剂中,轻轻摇匀,于4℃环境萃取,萃取时间为7.2h,收集下层红色液体,于12000r/min,4℃,30min离心,去沉淀,去上层少许淡黄色液体,得到高浓度蛋白液。
将高浓度蛋白液置于100kDa超滤离心管中,4000r/min,30min超滤,再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤。再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤,取滤除液备用。
选用葡聚糖凝胶G200装填层析柱,使用4℃的0.9%NaCL水溶液,设定流速为1ml/min。取滤除液2ml,湿法上样,待洗脱液体稍变红,立刻使用2.5ml EP管收集洗脱液,依次编号,每管收集1ml。当洗脱液接近无色时,停止收样。绘制洗脱曲线:将各管洗脱液取20μl,利用氰化高铁血红蛋白法依次测量其540nm处吸光度值,绘制蛋白洗脱曲线,选取占洗脱曲线峰面积约80%的对应样本,合并。然后再超滤离心得层析浓缩液。
将层析浓缩液置于-20℃中完全冻结后,使用真空低温冷冻干燥机进行冷冻干燥,真空低温冷冻干燥机最好设置为真空度0.37mbar,温度-30℃,即可获得纯度为87%蚯蚓血红蛋白粉,提取率为85%。
实施例2 将鲜活的赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)用自来水洗净,去除泥土、黏液等。将洗净的蚯蚓浸泡于4℃纯水中,静置2h后将蚯蚓再次用4℃纯水清洗,再将蚯蚓置于组织匀浆机中搅碎,6000-7000r/min,15s,制成蚯蚓匀浆。将蚯蚓匀浆离心,4℃,6000r/min,40min,取上层暗红色液体,再次离心:12000r/min,4℃,30min。取上层清液粗蚯蚓血红蛋白液,密封保存待用。
以PEG6000、(NH4)2SO4、NaCL和H2O,配制萃取剂混合液:PEG6000质量分数为12%,(NH4)2SO4质量分数为11%,NaCl质量分数为1.0%,其余为H2O。配制好轻轻摇匀后冷却至4℃,按萃取剂:粗蚯蚓血红蛋白液质量比4∶1将粗蚯蚓血红蛋白液加入到萃取剂中,轻轻摇匀,于4℃环境,静置萃取,萃取时间为16.2h,收集下层红色液体,于12000r/min,4℃,30min离心,去沉淀,去上层少许淡黄色液体,得到萃取液。
萃取液置于100kDa超滤离心管中,4000r/min,30min超滤,再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤,再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤,取滤除液备用。
选用葡聚糖凝胶G200装填层析柱,使用4℃的0.9%NaCl水溶液,设定流速为1ml/min。取滤除液2ml,湿法上样,待洗脱液体稍变红,立刻使用2.5ml EP管收集洗脱液,依次编号,每管收集1ml。当洗脱液接近无色时,停止收样。绘制洗脱曲线:将各管洗脱液取20μl,利用氰化高铁血红蛋白法依次测量其540nm处吸光度值,绘制蛋白洗脱曲线,选取占洗脱曲线峰面积约80%的对应样本,合并。然后再超滤离心得层析浓缩液。
将层析浓缩液置于-20℃中完全冻结后,使用真空低温冷冻干燥机进行冷冻干燥,真空低温冷冻干燥机最好设置为真空度0.37mbar,温度-30℃,即可获得纯度为76%的蚯蚓血红蛋白粉,提取率为71%。
实施例3 将鲜活的赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)用自来水洗净,去除泥土、黏液等。将洗净的蚯蚓浸泡于4℃纯水中,静置2h后将蚯蚓再次用4℃纯水清洗,再将蚯蚓置于组织匀浆机中搅碎,6000-7000r/min,15s,制成蚯蚓匀浆。将蚯蚓匀浆离心,4℃,6000r/min,40min,取上层暗红色液体,再次离心:12000r/min,4℃,30min。取上层清液粗蚯蚓血红蛋白液,密封保存待用。
建立双水相萃取体系:由于PEG6000和(NH4)2SO4在水中达到一定浓度时才能形成两相才能形成两相,只有当成相组分的配比在曲线的上方时,才能自动分为两相。所以首先绘制PEG6000和(NH4)2SO4双水相相图,如图1。由于各组分浓度在曲线上方才能形成萃取体系,由此初步筛选(NH4)2SO4起始浓度为9%,PEG6000起始浓度为10%。
确定最优(NH4)2SO4质量分数:向A组1号至7号试管中加入1.0g的PEG6000粉末,2.0g的粗蚯蚓血红蛋白液,分别加入0.9g至1.5g等梯度的(NH4)2SO4粉末,用纯水补足总质量到10.0g,方法见表1。充分溶解后,于4℃冰箱中静置萃取。结果表明当PEG6000的量固定为10%时,(NH4)2SO4质量分数9%时Hr的分配系数K值最大,T最小,见表2。筛选出最优质量分数(NH4)2SO4为9%。
表1 A组各试管药物质量一览表
表2:(NH4)2SO4质量分数对萃取的影响
注:相比R=下相体积/上相体积,Hr分配系数k=下相Hr浓度/上相Hr浓度,萃取率Y=RK/(1+RK)×100%。
确定最优PEG6000质量分数。在B组1号至7号试管中加入0.9g的(NH4)2SO4粉末,2.0g的粗蚯蚓血红蛋白液,分别加入1.0g至1.6g等梯度的PEG6000粉末,用纯水补足总质量到10.0g,具体方法见表3。充分溶解后,于4℃冰箱中萃取,结果表明随着PEG6000质量分数的增加,K、R和Y都呈现减小的趋势,并且在PEG6000质量分数为10.0%时,K和Y都达到最大值,见表4。
表3 B组各试管药物质量一览表
表4 PEG6000质量分数对萃取的影响
确定最优NaCl质量分数。在C组1号至7号试管中加入0.9g的(NH4)2SO4粉末,1.0g的PEG6000粉末,2g的粗蚯蚓血红蛋白液,分别加入0.005g至0.035g等梯度的NaCl粉末,用纯水补足总质量到10.0g,具体方法见表5。充分溶解后,于4℃冰箱中萃取,结果在NaCl质量分数为0.5%时,K和Y都达到最大值,见表6。
表5 C组各试管药物质量一览表
表6 NaCl质量分数对萃取的影响
最后确定PEG6000、(NH4)2SO4双水相最佳配比参数为:PEG6000 10%、(NH4)2SO49%、NaCl 0.5%。据此,以PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O,配制萃取剂混合液,轻轻摇匀后冷却至4℃。
按萃取剂:粗蚯蚓血红蛋白液质量比5∶1将粗蚯蚓血红蛋白液加入到萃取剂中,轻轻摇匀,于4℃环境静置萃取,萃取时间为3.4h,收集下层红色液体,于12000r/min,4℃,30min离心,去沉淀,去上层少许淡黄色液体,得到萃取液。
盐析萃取液置于100kDa超滤离心管中,4000r/min,30min超滤,再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤,再次加入与滤除液等质量4℃纯水,4000r/min,30min超滤,取滤除液备用。
选用葡聚糖凝胶G200装填层析柱,使用4℃的0.9%NaCl水溶液,设定流速为1ml/min。取滤除液2ml,湿法上样,待洗脱液体稍变红,立刻使用2.5ml EP管收集洗脱液,依次编号,每管收集1ml。当洗脱液接近无色时,停止收样。绘制洗脱曲线:将各管洗脱液取20μl,利用氰化高铁血红蛋白法依次测量其540nm处吸光度值,绘制蛋白洗脱曲线,选取占洗脱曲线峰面积约80%的对应样本,合并。然后再超滤离心得层析浓缩液。
将层析浓缩液置于-20℃中完全冻结后,使用真空低温冷冻干燥机进行冷冻干燥,即可获得蚯蚓血红蛋白,真空低温冷冻干燥机最好设置为真空度0.37mbar,温度-30℃。
采用实施例3的方案所获蚯蚓血红蛋白粉纯度达96.2%,提取率达95.5%,血氧分析仪检测可见活性良好,如图2;以SDS-PAGE电泳可见珠蛋白肽链浓集带,如图3;紫外光谱检测可见Soret带(416nm)及Q带特(540nm,576nm)征吸收峰,如图4;红外光谱可见Hr主链酰胺I、酰胺II、酰胺IV和酰胺V特征吸收带位于1655,1540,1397和1250cm-1,如图5。
从以上实施例可以得出,使用本方法可以获得纯度在76%-96.2%的高纯度蚯蚓血红蛋白,提取率在71%-95.5%,提取出的蚯蚓血红蛋白活性良好,耗时较短,可用于生物医学领域血红蛋白结构与功能精深研发。
Claims (9)
1.一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,包括制备粗蚯蚓血红蛋白液、超滤纯化、层析分离、制备冻干粉,其特征在于将粗蚯蚓血红蛋白液采用双水相萃取制备高浓度蛋白液,高浓度蛋白液再经超滤纯化及层析分离后制成冻干粉;所述双水相萃取的萃取剂由PEG6000、(NH4)2SO4、NaCl和H2O组成,PEG6000质量分数为10%-12%,(NH4)2SO4质量分数为9%-11%,NaCl质量分数为范围为0.1%-1.0%,其余为H2O;所述双水相萃取按以下进行操作:将粗蚯蚓血红蛋白液加入萃取剂轻轻摇匀,于2-8℃环境,静置萃取3.4h-16.2h,收集下层红色液体,于12000r/min,30min离心,去沉淀,去上层少许淡黄色液体,得到高浓度蛋白液。
2.根据权利要求1所述的蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述双水相萃取的萃取剂中各组分质量分数为PEG6000:10%、(NH4)2SO4:9%、NaCl:0.5%,其余为水。
3.根据权利要求1所述的蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述萃取剂与粗蚯蚓血红蛋白液的质量比例比为4:1-6:1。
4.根据权利要求1所述的蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于制备粗蚯蚓血红蛋白液按以下操作进行:
1)将鲜活的蚯蚓用洁净水洗净;
2)将洗净的蚯蚓置于2-8℃纯水中2-4h,待蚯蚓腔内容物排出后捞出蚯蚓;
3)再用2-8℃纯水再次清洗,放入组织匀浆机中搅碎,制成蚯蚓组织匀浆;
4)将蚯蚓组织匀浆离心,取上层暗红色液体,再次离心,取上层清液即为粗蚯蚓血红蛋白液。
5.根据权利要求1所述的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于该法全程在低温环境中进行。
6.根据权利要求5所述的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述的低温为2-8℃。
7.根据权利要求1所述的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述的超滤纯化为使用100kDa超滤离心管进行超滤纯化。
8.根据权利要求1所述的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述的层析分离使用葡聚糖凝胶颗粒G200装柱,使用2-8℃0.9%NaCl水溶液洗脱后浓缩,获得层析高纯浓缩液体。
9.根据权利要求1所述的一种蚯蚓血红蛋白分离及纯化方法,其特征在于所述的制备冻干粉包括层析浓缩液体置于-20℃中完全冻结,再使用真空低温冷冻干燥机冷冻干燥。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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