牛莎Tris&Tris-HCL

牛莎抑菌剂

Tris（三羟甲基氨基甲烷）和Tris-HCl（三羟甲基氨基甲烷盐酸盐）在生物学实验中如此常见，主要归因于它们优异的缓冲性能、广泛的适用性、良好的稳定性和对生物分子的保护作用。
1、Tris与Tris-HCl的区别
1）分子结构
Tris（三羟甲基氨基甲烷），Tris(Hydroxymethyl)aminomethane，是一个有机碱性化合物，白色至微黄色结晶性粉末或块，其化学名称为2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇，分子式为C4H11NO3，它具有三个羟甲基和一个氨基，溶于乙醇和水，微溶于乙酸乙酯、苯，不溶于乙醚、四氯化碳。

Tris-HCl是Tris和盐酸反应形成的盐酸盐，在化学名称中包含"HCl"。它由Tris与盐酸反应生成，并形成无色结晶体。

2）pH范围
分子中的氨基（-NH2）为碱性，因此Tris本身是一种弱碱，具有较高的pKa值（约为8.1），通过配置可以形成一个范围非常广的pH值的一种缓冲溶液，其有效的pH范围约为7.0-9.2。

知识贴：缓冲溶液
缓冲溶液是一种能够抵抗外来酸或碱对溶液pH值影响的溶液。它通常由弱酸及其共轭碱（或弱碱及其共轭酸）组成，这些组分在溶液中能够相互转化，从而吸收或释放氢离子，以维持溶液pH值的相对稳定。

当向缓冲溶液中加入少量酸时，其中的碱成分会与酸反应，消耗掉加入的氢离子，防止pH值显著下降；同样地，当加入少量碱时，其中的酸成分会与碱反应，消耗掉加入的氢氧根离子，防止pH值显著上升。
Tris-HCl是Tris与盐酸形成的盐酸盐，因此具有较低的pH值。通常使用时，其pH范围在7.2-8.9之间。
3）缓冲能力
Tris具有良好的缓冲能力，可以在广泛的pH范围内维持溶液的稳定性。Tris-HCl也具有缓冲能力，但其适用范围较窄，主要在pH7.2-8.9之间使用。

4）应用领域
Tris常用于生物化学、分子生物学和细胞生物学实验中的DNA/RNA电泳、蛋白质电泳等。它还被广泛应用于酶反应、PCR以及组织培养等实验中。
Tris-HCl具有较低的pH值，通常用于蛋白质纯化和结晶过程中，以及一些特定的实验需求，如某些酶反应的特定条件下。
知识贴：Tris-HCl具体应用例子
1、1M Tris-HCl 6.8、1.5M Tris-HCl 8.8和5×Tris-甘氨酸电泳缓冲液是SDS-PAGE最常用的试剂。
2、在Tris盐酸缓冲液中加入EDTA制成“TE缓冲液”，TE缓冲液被用于DNA的稳定和储存。将调节pH值的盐酸换为乙酸即可以得到“TAE（Tris/Acetate/EDTA）缓冲液”，换成硼酸则获得“TBE（Tris/Borate/EDTA）缓冲液”。TAE和TBE缓冲液常用于核酸电泳实验中。

3、其他的应用：Tris被用于不同pH条件下的蛋白质晶体生长。Tris缓冲液的低离子强度特点可用于线虫（C. elegans）核纤层蛋白（lamin）的中间纤维的形成。
2、Tris/Tris-Hcl作为缓冲液的优点
1）优异的缓冲性能
a、pKa值适中：Tris的pKa值约为8.1，非常接近生物学实验常用的pH范围（7.0-9.0）。这使得Tris及其衍生物（如Tris-HCl）在该pH范围内具有良好的缓冲能力，能够抵抗外部酸碱扰动，维持溶液的pH稳定。
这正是很多生物化学实验选择Tris-HCl作为缓冲液的原因，因为该范围覆盖了大多数生物化学过程所需的pH条件。
b、缓冲能力强：Tris-HCl缓冲液通过其分子结构中的氨基和羟甲基基团，接受或释放氢离子，形成动态平衡。

Tris-HCl缓冲液的缓冲原理为：Tris中的-NH2与HCl结合生成Tris·HCl盐。季铵基团Tris·H+与Tris形成缓冲对，溶液中存在Tris·H++H2O←→Tris+H3O+平衡关系，凭借该平衡移动来发挥缓冲作用。其缓冲范围一般为7.0~9.0。
当溶液中加入酸时，Tris接受氢离子形成质子化的Tris（TrisH⁺），减少自由氢离子浓度，防止pH下降；当加入碱时，TrisH⁺释放氢离子与氢氧根离子结合，防止pH上升。
2）广泛的适用性
Tris和Tris-HCl被广泛应用于生物化学和分子生物学实验中的缓冲液制备。
Tris对生化过程干扰很小，不与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀，所以在DNA、蛋白质等生物大分子实验中经常应用，Tris-HCl缓冲溶液可以做DNA、蛋白质的溶解液或提取液，也是DNA相关研究实验中的重要缓冲液，如DNA的捕获与释放、染色体的特异性标记等方面。
例如，在蛋白质电泳中，Tris-HCl作为缓冲液，帮助维持pH值，保证蛋白质在电泳过程中的正常迁移和分离。在酶活性测定中，Tris-HCl提供稳定的pH环境，确保酶活性的准确测定。
Tris-HCl还常用于细胞培养缓冲剂，为细胞生长提供适宜的pH环境。在DNA和RNA提取过程中，Tris-HCl缓冲液保护核酸分子的结构完整性，防止pH值变化引起的降解或变性。
3）良好的稳定性
Tris在常温下相对稳定，不易降解或与其他试剂发生非特异性反应。Tris-HCl缓冲液在不同温度下具有较高的稳定性，能够在常温下长时间保存。
4）对生物分子的保护作用
Tris-HCl缓冲液通过维持稳定的pH环境，保护酶、蛋白质、核酸等生物分子的活性。在分子生物学研究中，稳定的pH环境是实验成功的关键之一。Tris-HCl缓冲液通过其优异的缓冲性能和稳定性，为实验提供了可靠的保障。
5）易于制备和低毒性
Tris和HCl溶液易于配制，且成本较低，常用作实验室的标准缓冲液。
与一些缓冲剂相比，Tris对许多生物系统的毒性较低，不容易干扰生物化学实验中的细胞和酶的正常功能。
3、Tris/Tris-HCl缓冲溶液的缺点
1）pH值受溶液浓度影响较大
Tris缓冲溶液的pH值对其浓度非常敏感。当缓冲溶液被稀释时，其pH值可能会发生显著变化。例如，稀释10倍后，pH值的变化可能超过0.1个单位。

离子强度影响：Tris的缓冲能力可能会受到溶液中离子强度的影响，特别是在高盐条件下，其缓冲效果可能不如在低盐条件下稳定。

2）温度敏感性
Tris缓冲溶液的pH值受温度影响较大。随着温度的升高，其pKa值（解离常数）会发生变化，从而导至pH值下降。

例如，在4℃时pH值为8.4的Tris缓冲溶液，在37℃时pH值可能降至7.4。因此，在使用Tris缓冲溶液时，需要考虑到实验或保存环境的温度条件，以确保pH值的稳定性。
Tris-HCl缓冲液的温度敏感性主要源于Tris分子的pKa值随温度变化的特性。pKa值是衡量缓冲剂在特定温度下的解离常数，是缓冲溶液最重要的性质之一，直接影响其缓冲能力。
Tris的pKa值随温度显著变化：在0°C时，Tris的pKa值约为8.8；在25°C时，Tris的pKa值约为8.1；在37°C时，Tris的pKa值约为7.8。
这种变化是因为温度影响了Tris在水溶液中的解离平衡。具体来说，温度改变了水溶液中氢键的稳定性和溶剂化效应，从而改变了质子（H⁺）的活性和Tris分子的质子化状态。
3）易吸收空气中的二氧化碳
Tris缓冲溶液容易吸收空气中的二氧化碳，导至溶液碳酸化，进而引起pH值下降。这种变化可能会影响实验结果的准确性。
因此，在配制和使用Tris缓冲溶液时，需要采取适当的措施来防止其吸收空气中的二氧化碳，例如将溶液密封保存。

4）与某些金属离子反应

Tris可以与某些金属离子形成配位化合物，这可能会干扰涉及金属离子的生化反应或分析。

5）干扰某些实验测定

Tris在紫外光谱区有吸收峰（特别在230nm左右），可能干扰某些紫外吸光度的测定。此外，它还可能影响某些酶的活性测定或蛋白质结合实验。

6）微生物生长

Tris缓冲液如果没有添加防腐剂容易被微生物污染，因此在室温下储存应注意，必要时需采取无菌措施或添加防腐剂(比如牛莎PC-950 Plus抑菌剂、牛莎BND-10抑菌剂、牛莎BIT-10抑菌剂）。

4、Tris-HCl在裂解缓冲液中的作用
1）维持稳定的pH环境
Tris-HCl最显著的功能之一是能够有效地维持裂解缓冲液的pH值稳定。在生物分子提取过程中，pH值的微小变化都可能对生物分子的结构和活性产生显著影响，导至实验失败或结果偏差。Tris-HCl具有较宽的缓冲范围（通常在pH7.0-9.0之间），能够有效抵抗外界酸碱物质的干扰，为生物分子提供一个稳定的酸碱环境，确保其在裂解过程中保持原有的结构和功能特性。
2）促进细胞裂解
虽然Tris-HCl本身并不直接参与细胞膜的破裂，但它通过与其他裂解成分（如去污剂、蛋白酶抑制剂等）的协同作用，间接促进细胞的有效裂解。
在裂解缓冲液中，Tris-HCl能够调节溶液的整体离子强度，有助于破坏细胞内外离子平衡，使细胞膜变得更为脆弱，从而更容易被其他裂解剂穿透。
此外，稳定的pH环境也为后续加入的裂解酶提供了最佳的工作条件，加速了细胞成分的释放。
3）保护生物分子免受降解
在细胞裂解过程中，核酸酶和蛋白酶等内源性酶类的活性可能被激活，对目标生物分子构成威胁。
Tris-HCl通过其缓冲作用，不仅抑制了这些酶的活性，还减少了因pH波动引起的生物分子构象变化，从而有效保护了DNA、RNA和蛋白质等生物分子免受降解。

此外，裂解缓冲液中常需加入蛋白酶抑制剂，而Tris-HCl作为缓冲体系的一部分，有助于这些抑制剂更好地发挥作用，进一步确保生物分子的完整性。