膜结晶制备蛋白质晶体的传质过程研究

论文摘要

随着重组DNA技术的发展和表达体系的完善,已知的蛋白质数目有了很大增长。确定蛋白质结构的研究则纷纷提上日程,X射线衍射是确定蛋白质结构的最有效方法,而X射线结晶学的应用要求大分子晶体具有足够大的尺寸（大于0.1mm）和完美的质量,以获得精确的衍射数据。然而,许多生物大分子晶体常常难以成长,一般小分子结晶的方法都不适合于大分子的晶体生长。因此,获得质量完美的蛋白质晶体成为蛋白质结构测定的主要瓶颈,需要探索新的结晶方法以制备蛋白质等生物大分子晶体。用膜结晶技术结晶蛋白质可得到适合于衍射分析的大尺寸蛋白质晶体。利用聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜对溶菌酶的静态膜结晶过程进行实验研究,考察了沉淀剂浓度、洗脱液浓度和结晶溶液蛋白质初始浓度对膜结晶过程的影响。结果表明:溶剂跨膜通量随沉淀剂浓度的减小而增大;较高的洗脱液浓度在实验开始阶段引起较高的溶剂跨膜通量,而实验过程中使溶剂跨膜通量下降较快;溶剂跨膜通量随溶菌酶初始浓度的增大而减小。结合溶菌酶晶体的尺寸分布和晶体的显微镜观察,获得最优操作条件为沉淀剂NaCl浓度为4%（w/v）,洗脱液MgCl2浓度为20%（w/v）,溶菌酶初始浓度为20mg/ml。对溶菌酶的动态膜结晶过程进行了研究,考察了结晶溶液和洗脱液流速对膜结晶过程溶剂跨膜通量和总传质系数的影响。结果表明:各种操作条件下,溶剂跨膜通量和总传质系数都是随着实验的进行而不断减小,而且流速越大它们减小得就越快;流速较大时晶体尺寸小而数量多;流速较小时晶体数量少而尺寸较大,但容易出现损伤;动态膜结晶过程中,膜界面两侧的传质阻力处于相近的水平,且结晶溶液侧的阻力略大于洗脱液侧的传质阻力。此外,本文还研究了牛血清白蛋白的静态膜结晶过程,考察了温度和初始膜面积对膜结晶过程的影响。结果表明:在实验的范围内,溶剂跨膜通量随初始膜面积的减小而增大;在低温下溶剂跨膜通量较小,结晶溶液诱导时间也较长;15℃下膜结晶所获得的牛血清白蛋白晶体形状固定,尺寸大且均匀,适于X射线衍射分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 蛋白质结晶
• 1.1.1 蛋白质结晶的常规方法
• 1.1.2 蛋白质结晶的基本过程
• 1.1.3 蛋白质结晶过程的影响因素
• 1.2 膜结晶技术
• 1.2.1 膜结晶技术的产生背景
• 1.2.2 膜结晶的基本原理
• 1.2.3 膜结晶类型
• 1.2.4 国内外膜结晶的研究及应用情况
• 1.2.5 膜结晶蛋白质的优点
• 1.3 膜结晶过程常用传质预测模型
• 1.4 蛋白质晶体观测
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 溶菌酶的静态膜结晶研究
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.3 数据处理方法
• 2.3.1 膜通量的测定
• 2.3.2 结晶溶液混浊度的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 沉淀剂浓度对溶菌酶膜结晶的影响
• 2.4.2 洗脱液浓度对溶菌酶膜结晶的影响
• 2.4.3 溶菌酶初始浓度对膜结晶的影响
• 2.4.4 溶菌酶晶体的显微镜照片
• 2.5 本章小结
• 第三章 溶菌酶的动态膜结晶研究
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验方法
• 3.4 数据处理方法
• 3.4.1 膜通量的测定
• 3.4.2 结晶溶液混浊度的测定
• 3.4.3 总传质系数K的计算
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 动态膜结晶跨膜通量的变化
• 3.5.2 动态膜结晶总传质系数的变化
• 3.5.3 结晶溶液诱导时间和混浊度的变化
• 3.5.4 溶菌酶晶体的显微镜照片
• 3.6 本章小结
• 第四章 牛血清白蛋白的静态膜结晶研究
• 4.1 实验材料
• 4.2 实验装置
• 4.3 实验方法
• 4.4 数据处理方法
• 4.4.1 膜通量的测定
• 4.4.2 结晶溶液混浊度的测定
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 牛血清白蛋白膜结晶跨膜通量的变化
• 4.5.2 结晶溶液诱导时间和混浊度的变化
• 4.5.3 牛血清白蛋白晶体的尺寸分布
• 4.5.4 牛血清白蛋白晶体的显微镜照片
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书