物理知识在生物解题中的应用

在高中生物教学中我们可以发现,生物学科和物理学科联系密切,很多生物知识可以运用物理学科知识进行解释和解答,本文从日常的教学中罗列一些物理学科知识运用于生物解题的例子,希望能为同仁提供参考,达到举一反三的作用。     

乳腺生物反应器表达的重组人乳清白蛋白的高效分离纯化

利用乳腺生物反应器高效地表达重组人乳清白蛋白,但是目标产物分离纯化的难度较大。通过分子模拟计算比较待分离原料中主要蛋白组分的物化性质,包括表面电势和表面疏水性,在此基础上设计了高分辨率、快速的分离纯化工艺。通过硫酸铵沉淀的正交试验条件优化,有效地去除了干扰层析精制过程的IgG杂质,提高了后续疏水层析的稳定性,从而成功地分离开目标蛋白及与其同源的牛乳清白蛋白杂质,得到纯度>95%的rHLA纯品,工艺回收率48.6%。乳糖合成活性和圆二色谱检测结果表明,纯化rHLA具有调节β-1,4-半乳糖苷转移酶活性和天然的空间结构。     

多聚亚基蛋白质在固-液界面团聚的测量与表征

以血红蛋白和乙肝表面抗原(HBsAg)为模型,联用双偏振光干涉分析仪(DPI)和原子力显微镜(AFM)研究在固-液界面上的吸附行为.结果发现:当溶液环境中血红蛋白的质量浓度为1.08 mg/mL时,测得在硅羟基表面吸附的平均厚度为3.54 nm,蛋白颗粒直径达60～ 150 nm,远高于血红蛋白的分子尺寸,说明血红蛋白在固-液界面上发生团聚.当HBsAg质量浓度为0.67 mg/mL时,测得在硅羟基表面及DEAE琼脂糖表面吸附的平均厚度分别为1.06和23.69 nm,表面吸附的蛋白颗粒直径分别为288～401和520 ～ 971 nm,是单分子HBsAg尺寸的13.1～44.1倍,表明在模型蛋白表面都形成了大的团聚体.     

干扰素α-2b的聚乙二醇修饰

采用分子量为20 kD的单甲氧基聚乙二醇丙醛(mPEG-ALD)修饰重组人干扰素α-2b(IFN α-2b),建立了修饰反应及分离纯化工艺.考察了修饰反应各因素对单修饰转化率以及单修饰产物体外活性的影响,获得了优化的修饰反应条件,即在pH 6.5,20 mmol/L的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中,干扰素α-2b的浓度为4 mg/mE,PEG与IFN α-2b的摩尔比为8:1,4℃时反应20 h;在优化的反应条件下,单修饰PEG-IFN α-2b的转化率达到55%.并且,采用离子交换层析对修饰产物进行分离纯化,单修饰产品纯度达到97%,体外活性保留达到未修饰干扰素α-2b的13.4%,其在SD大鼠体内的循环半袁期得到了较大的延长,且具有较好的水溶液稳定性.     

尺寸均一的壳聚糖微球的制备及其作为胰岛素控释载体的研究

采用新型微孔膜乳化技术制备了载胰岛素的壳聚糖微球。研究表明,要制备粒径均一的壳聚糖微球,必须将亲水性膜修饰成疏水性;制得的微球粒径和所采用的膜孔径之间存在很好的线性关系,使得微球粒径可控;以胰岛素为模型药物,主要考察了交联剂用量和交联时间对微球表面形态、药物包埋率和微球体外释药特性的影响。结果表明当氨基与醛基的摩尔比为1∶0.7、交联时间为1h时,所得载药微球的包埋率最高,随着戊二醛用量的增加和交联时间的延长,药物体外释放速率减慢。     

复乳法制备红细胞代用品

以单甲氧基聚乙二醇聚乳酸共聚物 [methoxypoly(ethyleneglycol) poly DL lactide,PELA]为膜材 ,用W /O/W的复乳 溶剂扩散法制备了包埋牛血红蛋白 (bovinehemoglobin ,BHb)的微胶囊作为人造红细胞。研究发现复乳过程搅拌分散速率、有机溶剂种类和固化方法对BHb活性有明显影响。当搅拌分散速率小于 90 0 0r/min、以乙酸乙酯为有机相时 ,采用复乳 溶剂扩散法包埋BHb的过程对BHb活性无明显影响。当搅拌分散速率高于 12 0 0 0r/min时 ,BHb活性降低。复乳 溶剂扩散法制备微胶囊过程中固化液体积与微胶囊中BHb活性密切相关 ,通过增大固化液和复乳液的体积比可较好地保持BHb的活性。最后制得了粒径 10 μm左右、包埋率 93%、P50 和Hill系数均接近于天然BHb的微胶囊。     

界面上配基种类对BSA吸附行为的影响

利用双偏振极化干涉测量仪(DPI)研究了界面上配基种类对BSA吸附行为的影响。采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、3-(甲氨基)丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)和N,N-二乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(DAPTMS)对DPI芯片进行了修饰,利用X射线光电子能谱比较了芯片上不同配基的密度,采用原子力显微镜(AFM)和DPI对界面上BSA吸附行为进行了研究。结果表明APTES修饰界面上BSA呈饼状,高配基密度易导致BSA多位点吸附。相同偶联密度条件下BSA在DAPTMS修饰芯片的吸附量高于MAPTMS修饰芯片,但吸附层厚度一致,表明DAPTMS表面上BSA存在聚集现象;AFM扫描结果与DPI分析结果一致,证明了配基密度和种类不仅影响界面上蛋白质吸附量,而且影响蛋白质吸附密度和表面聚集行为。     

两步连续离子交换制备色谱分离纯化聚乙二醇化重组人粒细胞集落刺激因子

建立了两步连续离子交换制备色谱分离、纯化聚乙二醇与重组人粒细胞集落刺激因子 (Recombinanthumangranulocytestimulatingfactor,rhG_CSF)偶联物的方法。首先用阳离子交换色谱将偶联蛋白质和非偶联蛋白质分开 ,然后使用阴离子交换色谱去除过量的游离聚乙二醇杂质 ,并分离纯化偶联蛋白异构体分别得到单聚乙二醇化、双聚乙二醇化和三聚乙二醇化的rhG-CSF。它们经十二烷基磺酸钠_聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS-PAGE)分析均为单带。采用基质辅助激光解吸离子化-飞行时间质谱(MALDI-TOF)分析三种偶联蛋白质的分子量 ,分别为 23.8kD、28.6kD、33.8kD。用噻唑蓝 (MTT)比色法 ,以粒细胞集落刺激因子的依赖细胞株NFS_6 0为靶细胞 ,测定重组人粒细胞集落刺激因子及其与聚乙二醇的偶联物的体外细胞生物学活性 ,单聚乙二醇化、双聚乙二醇化和三聚乙二醇化的rhG_CSF体外活性保留率分别为 92 %、75 %、4 3%。     

吸附层析分离麻黄生物碱的过程优化

研究了用吸附层析取代现有的二甲苯萃取麻黄生物碱的工艺,重点考察了洗脱剂和操作条件对产品纯度和回收率的影响,发现在树脂吸附后的洗脱中,0．08M草酸的洗脱率最高,达99．3％,纯化倍数大于20;在操作条件中,进料量、pH和料液在层析柱中的停留时间影响最大：进料量增大导致纯度和收率的下降,树脂的动态吸附容量为27．5mg／mL树脂;停留时间在20rain时纯度较高,而洗脱率随停留时间减少却略有下降;pH=10时吸附性能较好。     

乳腺生物反应器表达的重组人抗凝血酶Ⅲ的分离纯化

抗凝血酶Ⅲ(AT Ⅲ)是人体内最重要的抗凝血物质,利用转基因技术生产重组人抗凝血酶Ⅲ(rhAT Ⅲ)受到了越来越多的关注,如何有效地将rhAT Ⅲ从转基因羊奶中分离纯化出来是实现其产业化的关键所在。本研究建立了基于等电点沉淀和肝素亲和层析的纯化工艺,实现了rhAT Ⅲ的高效、快速纯化。先用等电点沉淀法,快速去除了占总蛋白50%左右的酪蛋白;然后用肝素亲和层析纯化rhAT Ⅲ,并系统考察了pH值和温度对rhAT Ⅲ稳定性的影响,以及pH值和操作条件(洗脱梯度、流速和上样量)对rhAT Ⅲ分离效果的影响。在优化的条件下,rhAT Ⅲ纯度达到99%以上,蛋白收率达到90%,活性收率约为50%。所建立的纯化工艺简单、快速,rhAT Ⅲ收率高,为今后工艺放大提供了重要的依据和参考。