实验十二兔肌肌酸激酶实验.docx

实验十二兔肌肌酸激酶实验.docx

《实验十二兔肌肌酸激酶实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验十二兔肌肌酸激酶实验.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验十二兔肌肌酸激酶实验

实验十二兔肌肌酸激酶实验

兔肌肌酸激酶的分离纯化及部分性质的测定

一、实验原理

肌酸激酶CreatineKinase（CK）通常存在于动物的心脏、肌肉以及脑等组织的细

胞浆和线粒体中，是一个与细胞内能量运转、肌肉收缩、ATP再生有直接关系的重要

激酶，它可逆地催化肌酸与ATP之间的转磷酰基反应：

肌酸激酶有四种同工酶形式：

即肌肉型（ＭＭ）、脑型（BB）、杂化型（MB）和线粒

体型（MiMi）。

MM型主要存在于各种肌肉细胞中，BB型主要存在于脑细胞中，MB型

主要存在于心肌细胞中，上述3种肌酸激酶为胞浆肌酸激酶，而MiMi型存在于线粒体

内膜上。

细胞在线粒体上发生氧化磷酸化，产生ATP。

但动物体内贮存能量的高能物质不

是ATP而是磷酸肌酸。

能量贮存和运送是通过磷酸肌酸穿梭机制（CreatinePhosphaate

Shuttle）来完成的，这个机制包含了肌酸激酶的线粒体型和肌肉型两种同工酶。

氧化磷

酸化产生的ATP在ATP-ADP转位酶（Translocase）的帮助下被直接送到位于线粒体内膜

外侧的线粒体型肌酸激酶所在部位，线粒体型肌酸激酶将ATP内的高能磷酸键转移到

肌酸上，变成ADP和高能物质磷酸肌酸。

磷酸肌酸在胞内扩散到达肌原纤维

（Myofibrils），肌原纤维的M-区带上结合有肌肉型肌酸激酶，当肌肉收缩时，需要大量

的ATP供给能量，肌肉型肌酸激酶催化磷酸肌酸转化为ATP，而反应产生的肌酸再扩

散回线粒体，重新磷酸化。

肌酸激酶同工酶在临床诊断中有十分重要的意义，在各种病变包括肌肉萎缩和心肌

梗塞时，人的血清中肌酸激酶水平迅速提高，目前认为在心肌梗塞的诊断中，测定肌酸

激酶的活性比作心电图更为可靠。

鉴于这个酶具有重要的生理功能和临床应用价值，因

而引起人们广泛的重视和深入的研究。

肌肉型肌酸激酶分子是有两个相同的亚基组成的二聚体。

根据目前已经测定的兔、

人、鸡、鼠肌酸激酶的一级结构，M型亚基由387个氨基酸残基组成，分子量为__

左右，分子内有8个巯基，但无二硫键。

天然的肌酸激酶分子是一个紧密的球状结构。

257

生化讲义

根据旋光色散研究的结果，这个酶的亚基大约有25-30％的α-螺旋，15％左右的β-折

叠。

肌酸激酶是由两个亚基组成的寡聚酶，该酶在催化过程中，最小功能单位是亚基还是

二聚体，一直是有很大争议的问题。

我系生化与分子生物学教研室的王希成教授等用化

学修饰和分子杂交的方法证明了肌酸激酶的两个亚基分别在二聚体中独立地起催化作

用，即最小功能单位是亚基。

肌酸激酶的纯化方法有许多种，本实验采用的提纯方法为改进的Kuby法。

该酶的

测活方法也有许多种，本实验采用的是pH-比色法。

肌酸激酶的测活方法（pH-比色法）如下：

肌酸激酶在催化正向反应时，随着ATP向肌酸上转移磷酰基的同时，生成等摩尔

的H+，其最适pH为7.5～9.0，是一个宽阔的平台状，在此范围内测定H+的生成速度，

可以作为酶活力的指标。

本实验采用百里酚蓝作为pH指示剂，在分光光度计上通过pH-

比色法测定肌酸激酶的活性，在597nm波长下，监测吸光度的变化。

在比色皿中酶催

化反应生成的H+使溶液的pH值降低，底物溶液的颜色逐渐由深紫红色变为黄绿色，吸

光度值A597不断降低。

肌酸激酶测活的底物溶液通常可配制20ml，当天使用。

配制方

法为：

取10ml48mmol/L的肌酸溶液，加入1.0ml0.1mol/L的MgAC2，2.0ml0.1％的百

里酚蓝（称100mg百里酚蓝，加20ml乙醇溶解后再加水60ml），1.0ml0.1mol/LpH9.0

的Gly-NaOH缓冲液，称48mgATP溶于此溶液，再补加水5.0ml，用0.1～0.2mol/LNaOH

仔细调此溶液的颜色为深紫红色（吸光度为1.8～2.0）即可。

测活时，取1.0ml的底物溶液置于微量比色皿中，加入10l酶溶液，迅速盖盖，

混匀后立即监测597nm处光吸收的变化，每15秒或30秒读一次吸光度值（A597），共

读取5～6个数据点，用A597对时间作图，从图中求出每min吸光度值的变化，即

△A597，按下式计算酶的比活力（U）：

U＝

其中：

1.3为吸光度的变化换算成H+的系数。

VA=1.0ml（底物溶液），VB=0.01ml（加

入的酶溶液）。

C为加入酶溶液的浓度。

酶溶液浓度C的测定按其在280nm处的吸光度

值来确定，其百分吸光系数为E1％1.3A597VA[μmol／（minmg）]稀释倍数CVB1cm=8.8。

C＝A28010稀释倍数8.8

258

生化讲义

二、实验步骤

1.兔肌肌酸激酶的分离纯化方法如下：

将兔子颈动脉放血杀死后剥皮，取50g大腿肌或背肌，去除结缔组织和神经后剪碎，

加150ml0.01mol/LKCl，用组织打碎机（或食品加工机）和高速分散器各粉碎3次以上，

每次不超过30s。

冰浴搅拌提取15～30min，用8000r/min，0℃，离心10min，弃

去沉淀，测上清体积为V1，取样0.5ml后，将其余上清加入研细的NH4Cl至浓度为

0.1mol/L，用5mol/LNH4OH调pH至9.0，冰浴搅拌30min，加入1.5倍V1体积的95

％冷乙醇，20℃搅拌2.5h，－8℃，8000r/min离心10min，弃沉淀，测上清体积为

V2，取样0.5ml后加入VAml的2mol/LMgSO4（pH=8.5）至终浓度为0.03mol/L，并补加

1.5VA体积的95％冷乙醇，搅拌30min，－8℃，8000r/min离心10min，弃去上清，

沉淀加1/10V1体积的MgAC2（0.07mol/L，pH=9.0）溶解悬浮（可置冰箱过夜），冰浴搅拌

1h后，0℃，12022年r/min离心10min，弃去沉淀，测上清体积为V3，取样0.5ml后用

0.5～1mol/LNaOH调pH=8.0，置冰盐浴内缓慢加入VB体积的95％的冷乙醇至终浓度

为36％。

VB的计算式为：

搅拌30min后，－8℃，12022年r/min离心10min，弃去沉淀，测上清体积为V4，

取样0.5ml，置冰盐浴内缓慢加入VC体积的95％的冷乙醇至终浓度为50％。

VC的计算式为：

搅拌30min后，－8℃，12022年r/min离心10min，弃上清，沉淀溶于2～3mlpH9.0

0.05mol/L的柠檬酸铵溶液，即为V5，取样0.2ml，并对此缓冲液透析过夜，再对

1.7mmol/L的NH4OH透析，0℃，12022年r/min离心10min，弃去沉淀，测上清体积为

V6，取样0.5ml，其余的V6溶液用此NH4OH透析液调蛋白的质量浓度为～5g/L后上样

至DEAE-32离子交换层析柱，用0.01mol/LpH8.0的Tris-HCl平衡缓冲液洗至基线平，

用凸形梯度洗脱法洗脱兔肌肌酸激酶，收集活性峰，合并得到V7样品，取样0.5ml，其

余冰冻干燥得到最终的兔肌肌酸激酶样品。

取样做SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，测亚基

259（V3－MgAC2的加入量）0.6＋VB＝0.36V3＋VBV40.36＋VC＝0.5V4＋VC

生化讲义

分子量，并检测其是否达到电泳一条带的纯度，再取样用凝胶层析测该酶的分子量。

酶分离纯化过程实验记录表格的各个项目为：

实验步骤、溶液体积（ml）、蛋白的

质量浓度（g/L）、总蛋白量（mg）、比活力[μmol／（minmg）]、总活力（mol/min）、纯化

倍数和回收率。

离子交换柱层析的方法是：

取约10mL湿的DE-32阴离子交换纤维素，抽干后在

0.5mol/LNaCl-NaOH溶液中浸泡30min，水洗至中性，在0.5mol/LHCl中浸泡30min，

水洗至中性，在0.5mol/LNaOH中浸泡30min，水洗至中性抽干，用0.01mol/LpH8.0

Tris-HCl平衡缓冲液浸泡过夜。

凸形梯度洗脱液体系为：

C（混合瓶）：

0.01mol/LpH8.01

Tris-HCl，50mL，（此瓶塞不可漏气）；C2（贮液瓶）：

0.04mol/LpH8.0Tris-HCl，

150mL。

洗脱速度：

0.2～0.3ml/min，收集体积：

2～3ml/管。

要从上样开始收集，洗脱

完毕，逐管测定A280，选择A280较大的管测活，绘制洗脱图。

凸形梯度洗脱用在此处

的优点是在前几十管分离杂蛋白时，盐梯度增长很快，而后几十管洗脱兔肌肌酸激酶时，

盐梯度变化缓馒，有利于该酶与杂蛋白的分离。

洗脱后还可以逐管测电导，画出凸形梯

度洗脱曲线，并换算出该酶洗脱下来时相应的Tris-HCl缓冲液的盐浓度。

层析系统装置图如下：

260

生化讲义

2.肌酸激酶动力学参数的测定：

⑴表观Km（ATP）和Vmax的测定：

固定肌酸（Cr）的浓度，改变ATP的浓度。

底物溶液：

2.5ml48mmol/LCr；0.25ml0.1mol/LMg++；0.5ml0.1％百里酚蓝；

0.25ml0.1mol/LGly-NaOHpH9.0；12g/LATP加入量见表1：

表112g/LATP加入量表

试管号ATP终浓度（mol/L）ATP加入量（ml）

14.01.0

22.00.5

31.00.25

40.50.125

50.40.100

60.250.063

对以上试液调pH至9.0，最后用水调节体积至5.0ml，分别测活。

对上述数据进行

双倒数作图法处理，即用1/V对1/［ATP］作图（V=1.3×△A597），可求得表观Km（ATP）

和Vmax。

⑵表观Km（Cr）和Vmax的测定：

固定ATP浓度，改变肌酸（Cr）浓度。

底物溶液：

1.0mlATP（12g/L）；0.25ml0.1mol/LMg++；0.5ml0.1％百里酚蓝；

0.25ml0.1mol/LGly-NaOHpH9.0；48mmol/LCr加入量见表2：

261

生化讲义

表248mmol/LCr加入量表

试管号Cr终浓度（mol/L）Cr加入量（ml）

1202.08

2101.04

37.50.78

45.00.52

53.30.344

62.00.208

对各试液调pH至9.0，最后用水调节体积至5.0ml，分别测活。

对上述数据进行双

倒数作图法处理，即用1/V对1/［Cr］作图（V=1.3×△A597），可求得表观Km（Cr）和Vmax。

3.DTNB修饰肌酸激酶的反应动力学及酶表面可反应巯基数及总巯基数的测定：

蛋白质分子中的巯基与5,5'-二硫双（2-硝基苯甲酸）（DTNB）反应如下：

反应结果为每当蛋白质分子中修饰掉一个-SH，就产生一个芳硫负离子，芳硫负离

子在412nm处有光吸收，根据其摩尔吸光系数：

ε＝__L.mol

修饰的巯基数。

⑴修饰反应动力学：

取1.0ml酶溶液（～1mg/ml）置于微量比色皿中，加入10lDTNB溶液（10mmol/L），

立即监测412nm处光吸收（A412）随时间变化的动力学过程。

由于DTNB的浓度［DTNB］

＞＞［E］酶浓度，所以修饰反应是伪一级反应。

用（A－Ａt）/（A－Ａ0）对时间进行半

对数作图，求出反应的速度常数。

⑵肌酸激酶表面可反应巯基数和总巯基数的测定：

用微量比色皿分别测定没有变性剂和有变性剂存在下，酶溶液与DTNB溶液充分

262－1.cm1，可以计算被－

生化讲义

反应后的A412，按下式计算反应的巯基数，有变性剂的是总巯基数，变性剂可用SDS

或脲。

（文献值：

总巯基数=8，可反应巯基数=2）

A412

A4120.88__巯基数CA280__

兔肌肌酸激酶（CK）的分子量=__，C为酶浓度，C=A280／0.88／__（mol/L）。

三、试剂

1.KCl0.01mol/L200ml（0.15gKCl溶于200mlH2O）

2.NH4OH1.7mmol/L1000ml（取0.12ml浓氨水，加1000mlH2O）

3.柠檬酸铵0.05mol/LpH9.01000ml（称12.15g溶于1000mlH2O）

4.Tris-HCl0.1mol/LpH8.01000ml（参见蔗糖酶实验）

5.NH4Cl研细10g

6.NH4OH5mol/L100ml（公用）

7.MgSO42.0mol/LpH8.520ml（公用）

8.MgAC20.07mol/LpH9.0100ml（公用）

9.NaOH：

0.20.51.02.05.0（mol/L）（公用）

10.HAC0.2mol/L

11.95%__H乙醇

12.粗盐

参考文献

1.KenyonGL.,Adv.Enzymol.Relat.AreasMol.Biol.,1993,54:

367.

2.SeraydrarianMW.andAbbotBC.J.Mol.Cell.Cardiol.,1976,8:

741.

3.NadaL.,KubyS.,LardyH.MethodsinEnzymol.,1954,2:

605.

4.姚启智,邹承鲁,生物化学与生物物理进展,1981,3:

52。