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花芸豆铁蛋白的分离纯化

2023-01-01 来源:步旅网
2015年9月 中国粮油学报 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association V01.30.No.9 Sep.2015 第3O卷第9期 花芸豆铁蛋白的分离纯化 田童童 江 英 张 建 王由美 魏永辉 张月茹 杨金月 (石河子大学食品学院,石河子摘要832000) 为了从花芸豆中获取纯化的植物铁蛋白,试验利用盐析及柱层析对花芸豆中的铁蛋白进行分离 纯化。研究表明,铁蛋白提取的最佳工艺条件为:提取温度53.79 qC,样液pH值为7.23,氯化镁浓度511.15 mmol/L.柠檬酸三钠浓度为685.24 mmol/L。该条件下模型预测花芸豆中铁蛋白的含量为4.40 mg/g,实际试 验值为(4.27±0.09)mg/g。经DEAE—Sepharose Fast Flow阴离子交换柱和Sephacryl S一500分子筛柱纯化 得到的电泳纯铁蛋白的相对分子质量为560 000,且只含有1种亚基,其相对分子质量为27 000。通过Western —Blot法对纯化所得的花芸豆蛋白质进行试验验证,结果确定该蛋白质为铁蛋白。 关键词花芸豆铁蛋白 分离 纯化 中图分类号:Q51 文献标识码:A 文章编号:1003—0174(2015)09—0030—06 网络出版时间:2015—06一Ol 17:38 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20150601.1738.001.html 铁蛋白具有调节铁代谢平衡和解除亚铁离子毒 性的双重功效。从细菌到植物再到人的铁蛋白,其 结构非常保守¨I2 J。铁蛋白是由24个亚基组成的中 空球状分子,每2个亚基反向平行形成1组,再由这 尤其丰富¨ 。花芸豆蛋白是一种优质蛋白质,其氨 基酸谱与FAO建议的理想蛋白质必需氨基酸模式谱 比较,除甲硫氨酸外,其余均高出22%~63%,其中赖 氨酸高出31%~47%¨ 。 因此,本试验以花芸豆为研究对象,在单因素试 验的基础上,利用响应面分析法优化铁蛋白的提取 工艺,且采用层析法对其进一步纯化,以期为植物铁 蛋白的开发利用提供参考。 l2组亚基对构成1个近似正八面体,成4—3—2倍 轴对称。1个铁蛋白分子中可贮存4 500个无机三 价铁化合物。脊椎动物铁蛋白分子中存在重链和轻 链2种类型亚基,每个亚基都由1个4 0l螺旋簇和1 个短螺旋簇构成,其中重链型亚基包括1个亚铁氧 化红心,能够快速氧化亚铁离子 J。 植物铁蛋白被认为是21世纪新型的补铁功能 因子 。在已经发现的植物中,只有豆科类植物是 将其近90%的铁储藏于种子的铁蛋白中 。铁是生 1 材料与方法 1.1 材料、试剂与仪器 花芸豆:石河子市农贸市场;丙烯酰胺(Acr)、甲 叉双丙烯酰胺(Bis)、考马斯亮蓝R一250、十二烷基 硫酸钠(SDS)和四甲基乙二胺(TEMED):美国Sigma 公司。 DEAE—Sepharose和Sephacryl S一500:美国GE— 物体生存所必需的矿物质元素 。据世界卫生组织 2005年统计数据表明,全球大约有35亿人缺铁。天 然的铁蛋白具有贮藏大量的铁和调节细胞内铁的动 态平衡的双重作用。它可以形成血红素、铁硫原子 簇,这使得其在呼吸作用、氮的固定等生理代谢过程 中起着举足轻重的作用E9 。 花芸豆(Phaseolus vulgaris Linn.sp)属豆科菜豆 属一年生草本植物,其生物学名叫菜豆,其中铁含量 基金项目:新疆生产建设兵团科技支疆专项计划(2010ZJ13),石 河子大学创新团队(2011ZRKXTD一0803),石河子大 学青年骨干教师培训(3 152SPXY01027) 收稿日期:2014—09—15 作者简介:田童童,男,1990年出生,硕士,食品生物化学 通讯作者:张建,男,1979年出生,副教授,食品生物化学 Healthcare Bio—Sciences AB公司;PVDF膜:美国milli- pore公司;Mini—protein m:美国Bio—Rad公司。 1.2 方法 1.2.1花芸豆粗蛋白的制备 称取1 kg花芸豆浸泡于4℃双蒸水中处理 24 h。去皮后倾倒于2倍体积的PBS(0.05 mol/L KH2PO4一Na2HPO4,pH 7.0,1%PVP)中,30 min后 匀浆2 min,过滤。清液于55℃下水浴10 min,冷 却至室温,于3 500 r/min离心15 min,上清液即为粗 第30卷第9期 田童童等花芸豆铁蛋白的分离纯化 31 提液 。 Chalkley等_1 8】、报道的方法进行试验。样品分子质量 1.2.2粗提液的盐析 的确定根据标准蛋白Marker的相对迁移率计算 在粗提液中加入MgC1 晶体使其终物质的量浓 获得。 度为500 mmol/L,静置20 min后加入柠檬酸三钠晶 1.2.7蛋白免疫印迹(Western—Blot) 体使其终物质的量浓度为700 mmol/L,然后于4℃ 1.2.7.1 SDS—PAGE电泳 下静置过夜。在12 000 r/min,4 oC下离心30 min,此 将纯化后的蛋白质参照1.2.6部分电泳。 时的花芸豆铁蛋白不再溶于上清液。加入2倍体积 1.2.7.2 电转移 上清液,离心10 min,弃上清,重复3~4次直至只有 将1.2.7.1获得的电泳胶裁剪成适当大小,从 褐色沉淀。将沉淀溶于2倍体积蒸馏水中,离心30 上往下黑面、纤维板、滤纸、电泳胶、PVDF膜、滤纸、 min,弃上清。重复2次用5倍体积蒸馏水溶解沉淀, 纤维板、白面依次放好,置于电泳槽中,于4℃条件 离心30 min,合并上清液。花芸豆铁蛋白盐析后的 下(100 mV,3 h)转膜。 溶液用pH 7.5的PBS缓冲液进行透析,透析液经抽 1.2.7.3曝光显影 滤后进行弱阴离子交换柱层析。 将1.2.7.2得到的电泳条带切成合适大小,用 1.2.3柱层析 丽春红染色0.5~1 min,依次用水、电转液、水和 1.2.3.1阴离子交换柱层析 TBST冲洗干净;用含2.5/100(m/V)无抗乳粉的 用PBS(pH 7.5)平衡DEAE—Sepharose Fast Flow后,将样液上柱(1.6 em×25 em),用4倍体积 TBST室温下封闭2 h;加入一抗后置于4℃冷藏柜中 过夜,然后用TBST冲洗干净后;加入二抗后置于 PBS洗脱,再用含0~0.8 mol/L NaC1的600 mL PBS 4℃冷藏柜中过夜,仍然用TBST冲洗干净,然后用 进行梯度洗脱,流速为1.0 mL/min,每管5 mL,分管 纯水洗去TBST;膜与底物放映5 min后直接放与暗 收集。将具有铁蛋白活性的收集液超滤浓缩到5 匣黑暗操作;曝光3 min、显影液中漂洗3 rain、定影 mL,以待进一步纯化。 液中漂洗1~3 min。 1.2.3.2凝胶过滤柱层析 用含有0.15 mol/L NaC1的PBS平衡Sephacryl S一500,待上柱(1.6 cm×50 cm)后,再用含有0.15 2 结果与分析 mol/L NaC1的PBS洗脱,流速为0.5 mL/min,每管5 2.1 花芸豆铁蛋白提取条件的优化 mL,分管收集。 试验通过对可能影响花芸豆铁蛋白提取的4个 1.2.4 Ferrozine试剂法测定Fe浓度 因素(浸提液pH值、氯化镁物质的量浓度、柠檬酸三 用微量移液器取20 L待测溶液,加入250 IxL 钠物质的量和提取温度)进行详细的单因素试验分 30%TCA,再加入超纯水使总体积达到1 mL。再于 析,结果表明,在浸提液的pH值7.0,氯化镁物质 10 000 r/min离心1 min。取700 IxL上清液于新离 的量浓度500 mmoL/L,柠檬酸三钠物质的量浓度 心管中,依次向其中加入100 L饱和乙酸铵,62.5 700 mmol/L及加热温度55℃的条件下花芸豆铁蛋 IxL 0.12 moL/L抗坏血酸,62.5 IxL 0.25 mol/L Fer— 白含量为(3.89±0.07)mg/g。 rozine,最后加入超纯水使总体积达到1 mL。4 h后, 在单因素结果的基础上,为了得到花芸豆铁蛋 在562 nm下比色,得到吸光值A ,即可用于表示 白提取的最优工艺参数,利用响应面分析法对铁蛋 白的提取做了进一步的优化。响应面分析因素水平 铁含量( g/dL) 。 编码如表1所示,试验结果如表2所示,方差分析结 1.2.5 Native—PAGE检测蛋白质分子纯度 用样品缓冲液以1:2( )的比例稀释样品,样 果如表3所示。 表1 盐析法提取铁蛋白响应面分析因素水平编码表 品缓冲溶液中含有25%甘油,12.5%pH 6.8,0.5 moL/L Tris—HC1,1%澡酚蓝,充分混合后参照Lae- mmli方法进行Native—PAGE_】 。电泳结束后用考 马斯亮蓝G一250染色法进行染色 。 1.2.6 SDS—PAGE检测蛋白质亚基纯度 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS—PAGE)参照 32 表2中心组合设计试验结果 中国粮油学报 。2015年第9期 时为差异极显著 引。表3中显示模型的P< 表3方差分析结果 当P<0.05时,影响因素对响应值影响为差异 显著,当P<0.001时为差异高度显著,P<0.000 l 0.000 1,说明试验模型具有高度的显著性,失拟项的 P=0.438 4>0.05,不显著,表明响应面设计的模型 与实际试验拟合良好,模型的相关系数R = 93.86%,更加说明该模型的可信度较高。由表3可 知, 的P=0.008 3<0.05,表明pH值起着显著性 的影响; 】的P=0.025 1<0.05,与 2相比不是很 显著,说明温度的影响次于pH值。各个因素经过回 归拟合后,经解得到的铁蛋白提取量的回归方程为: Y=4.36—0.18Xl+0.22 十0.12X3—0.08墨一 0.3X】 一0.1X】蜀+0_08XI 一0.1 墨+0.026X3 一 0.13 五+0.o26x ̄蜀一0.56X1 一0.66 一0.53X3 一 0.43X4 通过软件求解方程,得出最优工艺条件为温度 53.79℃、pH为7.23、氯化镁物质的量浓度为 511.15 mmol/L、柠檬酸三钠物质的量浓度685.24 mmol/L,此时铁蛋白达到4.40 mg/g。为检验模型的 可靠性,课题组做了验证试验,结果显示铁蛋白提取 率为(4.27±0.09)mg/g,与理论预测值基本吻合。 响应面分析方法的图形是特定的响应面(1,)与 对应的因素置、 、 、墨构成的1个三维空间在二 维平面上的等高图,每个响应面对其中2个因素进 行分析,另外2个因素固定在零水平。从中可以直 观地反映各因素对响应值的影响,从试验所得的响 应面分析图上可以找到它们在提取过程中的相互作 用,花芸豆铁蛋白提取回归优化响应曲面如图1所 示。 , 由图1可知,温度、pH值、氯化镁浓度和柠檬酸 三钠浓度4个因素之间相互作用对花芸豆铁蛋白含 量均呈现出显著的二次效应。结合方差分析表3中 二次项的P值均小于0.01,表明各个因素之间的交 互作用极显著。从图1a中可知温度与pH值对铁 蛋白含量的影响曲面较陡,说明温度与pH值的交 互影响显著,pH和柠檬酸三钠的交互影响仅次于 温度与pH,如图1e所示。由图1b和图1d及方差 分析表3可知,温度与氯化镁及pH值与氯化镁之 间的交互作用程度是相同的。由图1c和图1f可 知,温度与柠檬酸三钠浓度及氯化镁和柠檬酸三钠 浓度之间的交互影响作用最小。综上所述,影响花 芸豆铁蛋白提取的各个因素之间既有相互促进的 效果,又有相互制约的作用,说明在分离提取花芸 豆铁蛋白时,要细致全面的考虑各因素之间的影响 作用,要做到利用促进作用避免抑制作用,进而达 到最佳的提取效果。 第3O卷第9期 田童童等花芸豆铁蛋白的分离纯化 35 [6]云少君,赵广华.植物铁代谢及植物铁蛋白结构与功能 [13]卿晓红,熊绿芸.芸豆不同品种的营养成分分析[J].贵 研究进展[J].生命科学,2012,24:809—816 州农学院学报,1996,15(2):59—61 [7]Ambe S,Ambe F,Nozuki T.Mossbauer study ofiron in soy— [14]Laulhere J P,Laboure A M,Briat J F.Mechanism of the bean seeds[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, transition from plant ferritin to phytosiderin[J].Journal of 1987,35(3):292—296 Biological Chemistry,1989,264(6):3629—3635 [8]Zhao G H.Phytoferritin and its implications for human health [15]Ca ̄er P.Spectrophotometric determination of serum iron at and nutirtion[J].Biochimica et Biophysica Acta:General the submicrogram level with a new reagent(ferrozine)[J]. 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Isolation and Puriifcation of Ferritin from the Phaseolus vulgaris Tian Tongtong Jiang Ying Zhang Jian Wang Youmei Wei Yonghui Zhang Yueru Yang Jinyue (Food College of Shihezi University,Shihezi 832000) Abstract In order to obtain the purified phytoferritin from the Phaseolus vulgar ̄,ferritin was isolated and pu- rilfed through salting out method and column chromatography.As a result,the ferritin yield was up to(4.27±0.09) mg/g under the condition that extraction temperature 53.79℃,sample solutions pH 7.23,concentration of MgC12 5 1 1.15 mmol/L,concentration of sodium citrate 685.24 mmol/L.Ferritin of electrophoresis level,the molecular weight of 560 000,was obtained by further chromatographic purification which contains only one subunit of 27 000. Simuhaneously,protein extracted from the phaseolus vulgaris was identiifed with the help of the Western Blot.The result revealed that the protein was ferritin. Key words phaseolus vulgar ̄,ferritin,isolation,purification 

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