离子交换理论（下篇）

更新时间：2022-03-04 点击次数：1234

他作用力：疏水相互作用和氢键

虽然蛋白质与离子交换剂发生结合主要依靠相反电荷之间的离子键，但实际上此过程中还可能存在其他的作用力，常见的就是疏水相互作用和氢键。

疏水相互作用主要出现在使用带非极性骨架的离子交换剂时，例如离子交换树脂，特别是聚苯乙烯树脂，骨架带有较强的疏水性，能与蛋白质分子中的一些疏水性氨基酸残基通过疏水相互作用结合。虽然前面提到常规的离子交换树脂因其性质上的缺点在蛋白质分离中并不常用，但在现代HPLC中还是有部分介质是以树脂作为骨架的。氢键则主要出现在使用以亲水性高分子为骨架的离子交换剂时，例如使用较为广泛的以Tandex（月旭葡聚糖）或Tanrose（月旭琼脂糖）为基质的离子交换剂，骨架糖链中的羟基、羧基等基团能够与蛋白质分子中带亲水侧链的氨基酸残基之间形成氢键。当两种蛋白质在电性质方面很接近时，这些额外的作用力在分离时起着决定性的作用，据此往往可以实现分离。不过这些作用力对色谱行为产生的影响通常很难预测，不同的蛋白质往往相差很大，因此不具有通用性。

离子交换动力学

离子交换的发生及进行的程度即离子交换平衡取决于离子作用，而离子交换动力学则取决于离子交换剂的颗粒结构。

离子交换剂的骨架是具有网孔状结构的颗粒状凝胶，而荷电功能基团均匀分布在凝胶颗粒的表面及网孔内部，蛋白质分子依据分子量的不同，不同程度地进入凝胶颗粒内部，将荷电功能基团上的反离子置换下来而自身结合到离子交换剂上。从动力学角度分析，整个过程可分为五个步骤：

①蛋白质在溶液中经扩散作用到达凝胶颗粒表面，亲水性的凝胶和水分子发生氢键作用，从而在凝胶表面束缚了一层结合水构成水膜，水膜的厚度取决于凝胶的亲水性强弱、色谱时流速的快慢，亲水性越强，流速越慢，水膜越厚，反之水膜则越薄，蛋白质通过扩散穿过水膜到达凝胶表面的过程称为膜扩散，速度取决于水膜两侧蛋白质的浓度差；

②蛋白质分子进入凝胶颗粒网孔，并到达发生交换的位置，此过程称为粒子扩散，其速度取决于凝胶颗粒网孔大小（交联度）、交换剂功能基团种类、蛋白质分子大小和带电荷数等多种因素；

③蛋白质取代交换剂上的反离子而发生离子交换；

④被置换下来的反离子扩散到达凝胶颗粒表面，也即粒子扩散，方向与步骤②相反；

⑤反离子通过扩散穿过水膜到达溶液中，即膜扩散，方向与步骤①相反。

根据电荷平衡的原则，一定时间内，一个带电蛋白质分子进入凝胶颗粒，就有与该蛋白质所带净电荷数相当数量的反离子扩散出凝胶颗粒。也就是说，蛋白质与反离子从电荷数量上看，膜扩散和粒子扩散的速率相同而方向相反。

由此，上述五个步骤实际上就是膜扩散、粒子扩散和交换反应三个过程。其中交换反应通常速度比较快，而膜扩散和粒子扩散速度较慢，当溶液中蛋白质浓度较低时，膜扩散过程往往最慢，成为整个过程的限制性步骤；当溶液中蛋白质浓度较高时，粒子扩散过程往往最慢而成为整个过程的限制性步骤。

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月旭科技离子交换层析填料

◌ Q /SP/DEAE/CM Tanrose FF

快流速琼脂糖基架离子交换介质

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高分辨率琼脂糖基架离子交换介质

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大颗粒琼脂糖基架离子交换介质

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葡聚糖基架离子交换介质

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