亚细胞构造的离心分离典型实验

一）简介：

用简易的差分离心结合各种型式的密度梯度离心可以分离和纯化各种亚细胞器。研究者也可以根据自己的设备情况对实验参数做一定的改动，也可以更多地利用速率-区带密度梯度离心或等密度离心来简化实验过程和提高分离纯度。

二）实验：

ⅰ）匀浆制备：

 鼠肝12克加入0.25M蔗糖与5mM Tris-HCL(PH7.4)共45ml用“概论”中建议的匀浆设备与方法制备成匀浆待用。

ⅱ）实验流程：

鼠肝匀浆的部分分离程序

该实验流程中

沉Ⅰ：细胞核、质膜大片段、重线粒体，少量未破碎细胞及极少量沉Ⅱ→沉Ⅳ的成分。

沉Ⅱ：重线粒体、质膜片段，及少量沉Ⅲ→沉Ⅳ成分。

沉Ⅲ：线粒体、溶酶体，高尔基膜，部分粗内质网及极少量沉Ⅱ→沉Ⅳ成分。

沉Ⅳ：所有的细胞质可溶部分。

离心Ⅰ：低速冷冻离心机，50ml管。离Ⅱ，离Ⅲ为高速冷冻离心机8x50ml角转头。

离Ⅳ为超速机或高速机8x50ml角转头或8x12ml角转头

ⅱ）从沉Ⅱ中纯化线粒体：

匀浆保持在200ml甘露醇，50ml蔗糖，1mM EDTA,10mM Hepes-NaOH(ph7.4)中，全部操作均应使匀浆在冰浴中，产生沉Ⅱ后去除上清表面以及离心管壁部的脂肪（这一点很重要）。

加20ml保持液到沉Ⅱ中稀释到30ml，3000gx10分再次离心并重复以上过程二次以上，最后的沉淀保持在10ml保持液中。

ⅲ）从沉Ⅳ中部分纯化光滑微粒体：

保持液为0.25M蔗糖，5mM Tris-Hcl(ph7.4)沉淀中光滑微粒体成松软状态位于紧密状态的粗糙微粒体沉淀之上。

小心地倒掉上清Ⅳ后，在沉Ⅳ中加入2-3ml保持液，轻摇，大部分光滑微粒体（沉ⅣA）将分散到清液中，而沉Ⅳ（B）（粗糙微粒体，紧密沉淀）仍在沉降中，倒出沉沉Ⅳ（A），余下的沉Ⅳ（B）加入2-3ml保持液即完成。

ⅲ）从沉Ⅰ中部分纯化质膜：

保持液用  1mM NaHCO₃

鼠肝加25ml保持液在研钵中锤击15次，仍用1mM NaHCO₃稀释到100ml，搅拌2分钟并用孔径为75µm的尼龙布过滤。然后离心得到Ⅰ加5ml 1mM NaHCO₃到沉Ⅰ中再放入匀浆器，慢速往复2-3次，再用1mM NaHCO₃稀释到15ml，用甩平转头10ml玻璃锥形管，1200g离心10分钟，不用制动减速到停止，沉淀很明显由三层组成。轻轻摇动或搅动即可使最上层的线粒体溶入上清液，中间层富含质膜，最下层是细胞核。倒去上清加入5ml 1mM NaHCO₃轻摇使中间层进入溶液，注意要尽可能少地扰动下层核沉淀。将再次倒出的上清液稀释到15ml并重复以上离心过程即可进一步纯化质膜。

ⅳ）从上Ⅲ中分离粗糙和光滑微粒体：

从已经去掉线粒体的上Ⅲ中可以比从沉Ⅳ中更有效地分离粗糙及光滑微粒体，配置溶液

0.6M 蔗糖，5mM Tris-HCL(PH8.0)

15mM CSCL,1.3M蔗糖，0.25M蔗糖

用角式转头，10-13ml厚壁PC（聚碳酸酯）离心管，先注入3ml1.3M蔗糖5mM Tris-HCL，再注入1.5ml0.6M蔗糖，5mM Tris-HCL从而形成了一个在离心管下部的阶梯形密度梯度。在梯度上部注入上Ⅲ直至充满离心管，100000gx90分钟。离心后得到二个主要部分，在0.6M蔗糖界面处或稍下一点是光滑微粒体，沉淀是粗糙微粒体。

用针筒吸出光滑微粒体。沉淀用三倍容积的5mM Tris-HCL(PH8.0)稀释后再次离心160000gx30分，得到粗糙微粒体沉淀，再用2-3ml的0.25M蔗糖与5mM Tris-HCL(PH8.0)稀释即可。

ⅴ）从匀浆中纯化细胞核：

配置溶液：0.25M蔗糖在TKM(0.05M Tris-HCL PH7.5)中及2.3M蔗糖在TKM中，25mM KCL 5mM MgCl₂

将鼠肝放在研钵中加0.25M蔗糖-TKM，冲研10- 15次，用纱布过滤后加入二倍容积的2.3M蔗糖-TKM，这样就使蔗糖的浓度为1.62M(该浓度最好用光折射仪检测确认，5℃折射率1.4115,20℃时，1.4137)。

将此溶液9ml注入PC离心管，在溶液下部注入3-4ml2.3M蔗糖-TKM，130000gx30分，5℃，甩平转头。

离心后倒去上清液即为核沉淀。它可以根据研究者需要用合适的缓冲剂稀释。

ⅵ）从沉Ⅰ中纯化细胞核：

取沉Ⅰ，用旋涡混合器分散沉淀并加入等容积的60%（W/W）蔗糖-TKM，放入匀浆器上下抽动2-3次，继续加入60%（W/W）蔗糖-TKM直至蔗糖浓度达到55%（W/W）。用折射仪检测（5℃折射率1.4356,20℃时，1.4328）。取该溶液9ml移入14mlPC离心管，管下部铺3-4ml60%（W/W）蔗糖液，在甩平转头中120000g 5℃离心30分钟，倒去上清液。余下的核沉淀可用合适的缓冲液稀释。为了消除沉淀中的膜，在制备匀浆时可用0.5% Triton x-100清洗。这种做法既消除了膜，又不影响核的结构。

ⅶ）从沉Ⅰ中纯化质膜：

配置溶液：60%（W/W）蔗糖液，37.2%（W/W）蔗糖液均分别加在5mM Tris-HCL(PH8.0)中将已制备好的沉Ⅰ剩余的缓冲液一起用涡旋混合器混合后再加入60%（W/W）蔗糖使蔗糖终浓度为48%，并用折射仪检测（5℃折射率1.4181,20℃时，1.4150）。取以上溶液6ml注入14mlPC离心管，上铺6ml37.2%（W/W）蔗糖液以1ml PH7.4缓冲液。在甩平转头中160000g，5℃，离心3小时。

质膜聚集在37.2%（W/W）蔗糖液的上部，用注射器吸出，并用三倍容积的5mM Tris-HCL

(PH8.0)稀释后再在100000g，5℃，离心40分钟，沉淀即为质膜。

ⅷ）从沉Ⅰ中纯化重线粒体：

配置溶液：0.25M蔗糖，10mM Hepes-NaOH(PH7.6),1mM EDTA,1mM MgCl₂,2.4M蔗糖，将沉Ⅰ用0.25M蔗糖，10mM Hepes-NaOH(PH7.5),1mM MgCl₂ 稀释到15ml。要尽可能避免动及沉淀最底部的红色部分。将已稀释部分倒出，混匀后加入23ml 2.4M蔗糖，10mM Hepes-NaOH(PH7.5),1mM MgCl₂，所得到的最终蔗糖浓度为1.0 M。

用光折射仪测定（5℃折射率1.3827,20℃时，1.3812）如需要，进行调节，将此液体倒入一个50mlPC管，上铺8ml0.25M蔗糖，10mM Hepes-NaOH(PH7.5)在35000g，5℃离心10分钟，倒去上清液并擦净沾在离心管壁上的物质。沉淀很清楚有二层，顺离心管内壁加入10ml 0.25M蔗糖，10mM Hepes-NaOH(PH7.5)，1mM EDTA，轻轻晃动并稀释沉淀的上部褐色重线粒体层。

对于其他组织材料的线粒体细化问题。请参照“Methods in Enzynology”第55卷。

ⅸ）从沉Ⅲ中纯化溶酶体及粒体：

配置溶液：0.3M，1.1M,2.1M蔗糖的线性梯度可以用梯度形成仪做成，也可以用不连续梯度（1.1M,1.4M,1.7M,2.1M,每种2.5ml）在5℃静置12-16小时也会形成连续的1.1M-2.1M近线性梯度。

在沉Ⅲ中加入10ml，0.3M蔗糖，轻摇，慢慢得可以看到离心管底部沉积了暗褐色的沉淀（溶酶体）倒去上清，加入4ml0.3M蔗糖液在匀浆器中磨匀（注意：活塞与器壁要松一些）。取2ml以上匀浆置于线性梯度（1.1M-2.1M蔗糖）之上，轻搅匀浆使其与梯度液之间的界面尽可能减少密度的不连续，在甩平转头中95000g，5℃离心4小时。

离心后，溶酶体区带形成于1.20-1.26g/cm³密度之间（在离心管下部），而线粒体则形成于1.17-1.21g/cm³密度之间（在离心管中部。溶酶体区带中密度较高的部分相对较纯。）

ⅹ）从沉Ⅱ及沉Ⅲ中纯化高尔基膜：

配置梯度溶液：38.7%，36%，33%，29%（W/W）蔗糖液每种均加入5 mM Tris-HCL(PH8.0)

用上清Ⅰ离心，10000g，5℃ 20分钟得到沉Ⅱ+沉Ⅲ

用5ml 0.25M蔗糖，5mM Tris-HCL(PH8.0)稀释沉淀，恒温搅拌并使溶液的蔗糖浓度上升到43.07%（W/W），用光折射仪检测（5℃折射率1.1979,20℃时，1.1957）

在PC离心管中（13ml）由下往上依次铺设如下层次：

3ml样品（蔗糖浓度43%w/w），4ml 38.7%蔗糖液，2ml 36%蔗糖液，2ml 37%蔗糖液，2ml 29%蔗糖液，在甩平转头中100000g，5℃离心1小时，用注射器收集含有高尔基膜的上部二个区带。

我们也可以用这个方法从全匀浆中来分离纯化高尔基膜，匀浆中蔗糖浓度配到43.7%，然后用以上不连续梯度来分离纯化，但是对于大容量匀浆，直接法是不合适的。

小结：以上典型实验以鼠肝匀浆为原料，以差分离心为主，辅以蔗糖的连续或不连续梯度分离各种亚细胞器，方法简单易行，成本也较低。我们也可以用Ficoll,percoll,Metrizamid, Nycodenz,……等等梯度材料来分离纯化亚细胞器。