Навигация
Гели на основе декстрана— «сефадексы»»
23315
знаков
0
таблиц
1
изображение
1. Гели на основе декстрана— «сефадексы»»
Чаще всего для построения хроматографических гранул используют длинные нити полисахаридов. В частности, нити декстрана — линейного полимера, состоящего из множества одинаковых звеньев одного из Сахаров, а именно — глюкозы.
На рис. 55 слева показана связь между двумя соседними молекулами глюкозы. Как это уже было принято для Сахаров нуклеиновых кислот, в углах шестиугольника, обозначенных цифрами 1—5 следует подразумевать атомы углерода, а на открытых концах вертикальных черточек — атомы водорода. Связь осуществляется через атом кислорода между углеродами в позициях 1 и 6.
На том же рисунке справа показан короткий «мостик», связывающий две пересекающиеся друг с другом нити декстрана. (Заметьте, что связанные таким образом звенья глюкозы расположены симметрично.) Чем выше содержание мостиков по отношению к количеству глюкозы в нитях декстрана, тем меньше будет размер пор («ячеек»), которые они образуют.
Иногда в качестве материала гранул используют уже знакомый нам по электрофорезу полиакриламидный гель (ПААГ).
1а. «Сефакрилы».
Это — матрицы на основе того же декстрана, но в качестве связующих нити «мостиков» используется также знакомая нам по ПААГ связка — ЫТ^-метиленбисакриламид («Бис»).
2. Гели на основе агарозы — «сефаррзы».
Заметим, что максимальная концентрация агарозы, которая называлась тем, составляла 2%. А затвердевают гели агарозы при остывании из расплавленного состояния уже при концентрации в 0,4%. Однако они относительно мягкие. Для целей гель-фильтрации и других видов хроматографии используют жесткую, 4-х или 6-ти процентную агарозу, в виде сферических гранул. Поры при этом остаются еще весьма крупными. Иногда нити агарозы, все-таки сшивают дополнительно химическими «мостиками». Получаются еще более жесткие гранулы. Их торговое название «сефароза CL» (CL означает cross linked).
2а. «Улътрагели типа АСА»»
Внутри жесткого крупнопористого каркаса агарозы полиме-ризуют ПААГ, что позволяет варьировать меньшие размеры пор в широких пределах, сохраняя жесткость гранул агарозы.
Гели на основе целлюлозы
Целлюлоза — это тоже линейный полимер, составленный из множества молекул все той же глюкозы, но связанных между собой иначе, чем в декстране. Ее часто используют в виде, так называемой, «волокнистой целлюлозы», то есть просто в виде хаотически спутанных длинных нитей полимера, без всяких дополнительных связок. В варианте «микрогранулированной целлюлозы» между нитями для увеличения жесткости вводят связующие химические «мостики». Один из типов такой целлюлозы имеет торговое название «сефацел».
В нашем ознакомительном курсе не имеет смысла приводить подробные списки матриц для гель-фильтрации из каталогов различных форм. Достаточно упомянуть, что списки эти бывают достаточно длинными, предлагая пользователю широкий выбор гранул различного размера и разной пористости, особенности которых часто бывают зашифрованы индексом, стоящим после основного названия. Так, к примеру, шведская фирма Pharmacia предлагает список из 18 типов сефадекса с индексами от G-10 до G-200, в соответствии с постепенно увеличивающимися размерами пор. Японская фирма Toyopearl выпускает 10 типов гранул для гель-фильтрации с индексами от HW40C до HW75F.
Мне остается обратить внимание читателя на то, что все матрицы для гель-фильтрации на основе декстрана, агарозы и целлюлозы в своих «сахарных» звеньях содержат множество ОН-групп, по которым возможны присоединения различных химически активных молекул, осуществляющих желательную модификацию исходно нейтральных гранул. С этими модификациями мы познакомимся в следующих главах, где речь пойдет об истинной хроматографии.
Детекторы вещества
Их назначение — вести непрерывную регистрацию состава жидкости, вытекающей из колонки, на предмет обнаружения в ней искомых фракций вещества. Поскольку одновременно с регистрацией производится автоматически отсчет пробирок в коллекторе фракций, экспериментатор освобождается от длительной проверки содержимого каждой пробирки. Распределение по ним фракций исследуемого вещества выясняется уже в ходе хроматографии.
Регистрацию белков и нуклеиновых кислот производят по поглощению света в ультрафиолетовой области спектра. Белки и пептиды поглощают в области 206-215 тц за счет пептидной связи, а также в широкой области вблизи 280 тц за счет присутствия в них ароматических аминокислот. (Неароматические аминокислоты при их хроматографическом разделении приходится специально окрашивать.) Нуклеиновые кислоты, равно как и сами нуклеиновые основания, хорошо поглощают ультрафиолетовый свет вблизи 260 тц.
В некоторых случаях (вспомним о секвенаторе ДНК) регистрировать выход вещества из хроматографической колонки можно и по флюоресценции. Однако при этом требуется дополнительная операция предварительной окраски интересующего нас вещества флюоресцентным красителем.
В подавляющем большинстве случаев регистрацию выходящих из хроматографической колонки белков, нуклеиновых кислот или их фрагментов ведут по поглощению света в ультрафиолетовой области, вблизи 280 и 260 тц соответственно.
Для этой цели служат так называемые УФ-денситометры.
Главным элементом этого прибора является источник излучения — чаще всего ртутная лампа низкого давления. Более 90% испускаемого ею света приходится на долю яркой спектральной полосы с длиной волны 254 тц. Излучение с длиной волны вблизи 280 тц можно получить с помощью той же лампы, если ее светом облучать флюоресцирующий на этой длине волны «вторичный» источник света. В новые модели УФ-денситометров устанавливают еще и безэлектродную газоразрядную лампу, дающую сильную полосу испускания с длиной волны 206 тц, что в десятки раз повышает чувствительность этих приборов по отношению к белкам.
Важным элементом УФ-детектора является кварцевая кювета, через которую непрерывно протекает выходящая из колонки жидкость. Используются кюветы как цилиндрической формы, так и прямоугольные, объемом в несколько десятков микролитров и длиной оптического пути от 2-х до 10 мм.
Многие фирмы строят свои УФ-детекторы по двухлучевой схеме: прибор оснащается дополнительной кюветой сравнения, через которую постоянно протекает чистый элюент. Луч света от лампы расщепляется с помощью полупрозрачного зеркала и проходит параллельно через рабочую кювету и кювету сравнения. Двухлучевая схема позволяет исключить при регистрации собственное поглощение света элюентом, которое может изменяться, например, в ходе градиентной элюции.
Она также компенсирует изменения яркости свечения лампы, сильно упрощая проблемы ее стабилизации.
В качестве приемников энергии в денситометрах используют высокочувствительные фотоэлементы. Напряжение с нагрузки фотоэлемента усиливается специальным, «логарифмическим» усилителем, на выходе которого появляется «сигнал» напряжения, пропорциональный оптической плотности детектируемого раствора, с амплитудой порядка 10 мВ.
Этот сигнал управляет положением пера потенциометрического регистратора («самописца»). С помощью переключателя диапазонов усиления можно установить чувствительность записи так, чтобы отклонению пэра от нулевой линии на всю ширину ленты регистратора соответствовало бы максимальное значение оптической плотности раствора.
При каждой смене нумерованных пробирок на регистратор от коллектора фракций поступает сигнал. Таким образом легко установить в каких пробирках и в каком количестве выходит из колонки интересующее нас вещество.
Коллекторы фракций
К сказанному ранее стоит добавить упоминание о многочисленности вариантов механических устройств, сменяющих пробирки под капельницей, куда поступает жидкость сразу после денситометра. В одних случаях штативы, содержащие по 10-12 пробирок перестраиваются, подобно взводу солдат, «шеренгами на прямоугольном плацу». В других конструкциях пробирки устанавливаются в несколько рядов по окружностям (или по спирали) в гнезда поворачивающегося толчками барабана, а капельница совершает необходимое перемещение от периферии к центру. Есть коллекторы, где все пробирки остаются неподвижными в своих штативах, а капельница, установлена на подвижной каретке. Перемещаясь в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, она обходит все штативы один за другим. Смена пробирки чаще всего задается автоматически самим коллектором фракций (по выбору экспериментатора) — то ли по времени, то ли по числу капель, которое отсчитывает простое реле с фотоэлементом. Иногда сменой пробирок с помощью электрического импульса управляет перистальтический насос, привязывая тем самым смену пробирок к истинному потоку жидкости через колонку, независимо от возможных изменений скорости подачи элюента (в силу изменения сопротивления колонки) или от размера капель, который зависит от вязкости и температуры жидкости.
Для работы с радиоактивными веществами коллекторы оснащают дополнительным устройством, которое запирает выход жидкости из колонки во время смены пробирок.
Аппаратура для жидкостной хроматографии высокого давления (ЖХВД)
Из дальнейшего будет ясно, что хроматографические процессы протекают тем быстрее (какой бы природы они не были), чем меньше размер гранул. Быстрее устанавливается определенное равновесие между содержанием фракционируемых молекул или ионов внутри гранул и в протекающей между ними жидкости — элюенте. При соответствующих изменениях состава элюента быстрее осуществляется «насыщение» внутреннего объема гранул связанными молекулами вещества или, наоборот, происходит полный выход этих молекул из гранул в ток элюента.
В обычной жидкостной хроматографии низкого давления используют сферические гранулы в широком диапазоне размеров (диаметром 20—300 микрон). Для обеспечения необходимой скорости протекания жидкости даже через длинные колонки с наиболее мелкими гранулами из этого диапазона достаточно создать перепад давления на колонке в 3-4 атмосферы. Процесс хроматографического фракционирования при этом занимает несколько часов.
С середины 70-х годов, когда открылись перспективы хроматографического контроля за технологическими процессами в пищевой и фармакологической промышленности, в интересах ускорения такого контроля многие фирмы стали пробовать переходить на размеры гранул в 10,5 и даже 3 мкн. Однако оказалось, что для обеспечения быстрого протекания элюента через колонки, наполненные столь мелкими гранулами, требуется создавать перепад давления в 200-300 атмосфер на колонку. Физически это можно объяснить двумя причинами. Во-первых, слои свободной жидкости между хорошо упакованными гидрофильными гранулами становятся так тонки, что начинает сильно сказываться жидкостное трение в элюенте. Во-вторых, столь малые гранулы трудно сделать сферическими и притом избежать как значительного разброса их диаметров, так и засорения промежутков между гранулами совсем мелкими обломками. («Отмучивание» в этих условиях малоэффективно.)
Математически можно доказать, что при заполнении некоего фиксированного объема (колонки) относительно малыми сферическими частицами строго одинакового размера доля свободного объема остается одинаковой вне зависимости от диаметра частиц. Но если свободное пространство между ними забивает «пыль», то сопротивление протеканию жидкости через такую упаковку возрастает многократно.
Все это не остановило конструкторов аппаратуры для хроматографии. Были созданы разборные колонии из легированной стали, рассчитанные на такие давления и соответствующие уплотнительные устройства на их входе и выходе, а также для впрыскивания исследуемых препаратов. Появились мощные плунжерные насосы с кулачковым приводом (как у клапанов автомобильного мотора). Разумеется, все приборы, стоящие после колонки, на стороне атмосферного давления (денситометры, коллекторы фракций) остались теми же, что для обычной хроматографии.
Высокое давление повлекло за собой повышенные требования к жесткости самих гранул. Их стали изготавливать на основе окиси кремния («силикагеля»).
Выигрыш в скорости проведения хроматографии при высоком давлении очевиден. Но в лабораторных условиях, как правило, не играет существенной роли длится хроматографический процесс несколько часов или несколько минут. Если только в этот процесс не вмешивается диффузия разделенных препаратов уже в элюенте, в ходе их элюции из колонки. Для низкомолекулярных веществ фактор диффузии может играть серьезную отрицательную роль, чего нельзя сказать о молекулах белков и других биополимеров.
Видимо, исходя из соображений диффузии, первые рекламы фирм, изготавливающих аппаратуру для общепринятого наименования процесса «HPLC-chromatography» расшифровывали это наименование не просто как High Pressure Liquid Chromatography, a как High Performance Liquid Chromatography. Казалось, что новый подход скоро вытеснит хроматографию при низком давлении. Однако этого не произошло. Время все расставило по своим местам: в каталогах 2001 года аппаратура, колонки, гранулы для обычной хроматографии занимают такое же место, как аппаратура высокого давления. В описаниях методик лабораторных экспериментов использование обычной хроматографии встречается чаще, чем ЖХВД. В немалой степени это, конечно, определяется и намного более высокой стоимостью аппаратуры высокого давления.
В начале 80-х годов шведская фирма «Pharmacia» выпустила на рынок сравнительно недорогой «промежуточный» вариант комплекта хроматографической аппаратуры под названием «FPLC» (Fast Protein Liquid Chr.) По понятным после отмеченного выше причинам, фирма уделила особое внимание однородности гранул. Вместо обычно разброса диаметров в =ь40% от номинала, фирма сумела наладить выпуск сферических гранул различного назначения диаметром 10 ± 0,1 микрон (т. е. с разбросом в 1%). Это позволяет, несмотря на малый размер гранул ограничиться давлением в 30-50 атмосфер. Разделение белков при этом занимает 5-20 минут. Колонки — стальные, насосы плунжерного типа, но стеклянные.
Судя по имеющимся сведениям, эта система завоевала популярность у современных исследователей.
Поскольку по существу хроматографических процессов все три подхода совершенно одинаковы, я ограничусь сделанными краткими замечаниями относительно систем HPLC и FPLC и буду далее описывать принципы работы и приводить некоторые примеры для варианта обычной хроматографии при низком давлении.
Литература
1. Насыров Х.М., Кондратенко Р.М. К прооксидазному действию медиаторов воспаления. // Пат. физиология. 1992. N 3.-С.-12-14.
2. Неговский В.А. Общие проблемы постреанимационной патологии мозга. // Межд. симпозиум "Постреанимационная патология мозга": Материалы. Тезисы докладов. - М. 1978. -С.82-85.
3. Никитин Ю.П., Курилович С.А., Давидин Г.С. Печень и липидный обмен. - Новосибирск. Наука, -1985.
Похожие работы
... » подготовит студентов к проведению научных исследований в области биохимии и молекулярной биологии. 4. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов Дисциплина методы биохимических исследований относится к специальным дисциплинам и дисциплинам специализации федерального компонента. Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану Форма учебной ...
... , поэтому существует риск (хоть и минимальный) заражения гепатитом и другими болезнями, передающимися через кровь. Название препарата Подтип ИНФ Способ получения Фармакологическое действие Показания к применению Интерферон α Биосинтез в культуре лейкоцитов донорской крови под воздействием вирусов Антивирусное, иммуномодулирующее, антипролиферативное Вирусные заболевания, лейкоз, ...
... на основе электрофоретической мобильности и высокая специфичность иммунных антисывороток. Лекция 16. Принцип иммунного электрофореза. Иммунофиксация Электрофорез с иммунофиксацией (JFE) - это двухступенчатый процесс, использующий электрофорез протеинов на первом этапе и иммунопреципитацию на втором. При этом исследованию может быть подвергнута сыворотка крови, моча, спинномозговая или ...
... и D2O, но анализ результатов в этом случае гораздо сложнее, хотя принципиально не отличается от предыдущего случая. Альтернативный способ определения молекулярной массы нативной формы мембранного белка состоит в равновесном ультрацентрифугировании. Распределение вещества в состоянии равновесия таково, что наклон графика зависимости логарифма концентрации от г2 равен где г — расстояние от ...
0 комментариев