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蛋白质纯化的方法选择(二)

2020.6.02
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

5 疏水作用层析

疏水作用层析蛋白是由疏水性和亲水性氨基酸组成的。疏水性氨基酸位于蛋白空间结构的中心部位,远离表面的水分子。亲水性氨基酸残基则位于蛋白表面。由于亲水性氨基酸吸引了许多的水分子,所以通常情况下整个蛋白分子被水分子包围着,疏水性氨基酸不会暴露在外。在高盐浓度的环境中蛋白的疏水性区域则会暴露并与疏水性介质表面的疏水性配基结合。不同的蛋白疏水性不同,与疏水作用力大小也不同,通过逐渐降低缓冲液中盐浓度冲洗柱子,在盐浓度很低时,蛋白恢复自然状态,疏水作用力减弱被洗脱出来。 疏水性树脂的选择性是由疏水性配基的结构决定的,常用的直链配体为烷基配体(alkyl ligands)和芳基配体(arylligands),链越长结合蛋白的能力也越强。理想树脂种类的选择应根据目的蛋白的化学性质而定,不能选择结合力太强的树脂,结合力太强的树脂会很难洗脱,所以开始时应选用中等结合力的苯基树脂探讨条件。为了使选择合适的介质更容易,Amersham Biosciences推出了疏水作用树脂选择试剂盒,里面包括5种不同的树脂供比较。疏水层析很适合作为离子交换纯化的下一个步骤,因为疏水作用层析在高盐浓度下上样,从离子交换得到的产物不需更换缓冲液即可使用。蛋白又在低盐缓冲液中洗脱,又省去了下一步纯化前的更换缓冲液的步骤,既节约了时间,又减少了蛋白的丢失。

6 排阻层析

也叫凝胶过滤或分子筛。排阻层析柱的填充颗粒是多孔的介质,柱中围绕着颗粒所能容纳的液体量叫流动相,也称无效体积。太大的蛋白不能进入颗粒的孔内,只能存在于无效体积的溶液中,将会最早从柱中洗脱出来,对这部分蛋白无纯化效果。由于各种蛋白的分子大小不同,扩散进入特定大小孔径颗粒内的能力也各异。大的蛋白分子会被先洗脱出来,分子越小,洗脱出来的越晚。为得到最佳的纯化效果,应将孔径大小选在目的蛋白能在无效体积和总柱床体积的中点附近洗脱。排阻层析有其他方法所不具备的优点,首先所能纯化的蛋白分子量范围宽,Tosoh Biosep公司的聚合物树脂,排阻极限可达20o000kD;其次,树脂微孔的形状适合分离球形的蛋白质,纯化过程中也不需要能引起蛋白变性的有机溶剂。应该注意的是某些蛋白不适合用凝胶过滤纯化,因为本技术所用树脂有轻度的亲水性,电荷密度较高的蛋白容易吸附在上面。排阻层析从不用于纯化过程的早期,因为这种方法要求标本高度浓缩,上样量只能在柱体积的1%--4%之间,柱子要细而长才能得到好的分离效果,树脂本身也比较昂贵,规模化的工业生产中不太适用。

7 电泳

丙烯酰胺凝胶电泳通常用来查看蛋白混合物样品的复杂程度和监测纯化效果。这种方法分离效果极好,可惜很难在不丧失精度情况下放大到制备规模,因为随着胶厚度的增加,电泳时的热效应会严重干扰蛋白的泳动。在基础研究中,有时仅需要少量的纯蛋白进行研究,如蛋白质测序等,此时电泳纯化不失为一种简便快速的好方法。丙烯酰胺凝胶电泳也是蛋白纯化过程中重要的分析工具,可以检测目的蛋白是在哪个梯度的离子交换柱盐洗脱液中;可用来判定近年来随着各学科的迅猛发展,对蛋白纯化技术的需求不断增长,已有的纯化方法被日益改进,新型的纯化方法也相继涌现。羟磷灰石是磷酸钙的结晶,由于其理化性质不够稳定,结合能力差,很难用于层析。

进来Bio—Rad公司对其进行了改进,提高了钙和磷的比例,使形成球形、多孔、性质稳定的陶瓷羟磷灰石颗粒,其带正电的钙离子和负电性的磷酸根离子可分别与蛋白的羧基及氨基结合。通过调整缓冲液的pH值,酸性及碱性氨基酸可选择性地与此树脂结合,改变缓冲液的盐浓度可将蛋白洗脱分离。资料显示,使用这种方法能使两种等电点、分子量和疏水性相同的蛋白很好分离。亲和纯化方面,Sigma发展了利用FLAG标签的纯化方法,FLA G序列为N—AspTyrLysAspAspAspAsp-Lys-C,分子量小且亲水性,与其融合表达的蛋白不易形成包涵体,活性也不受影响,用该公司抗FLA G抗体亲和树脂即可纯化目的蛋白。其他新型标签及相应纯化系统还有CBP fCalmodulin—binding peptide,CBP)、Promega公司的BCCP(Biofin carboxylcarrierprotein.BCCP】标签和亲和素一生物素纯化系统、麦芽糖结合蛋白fMaltose-binding protein,MBP)标签、Biolabs公司的IMPACT—CN系统、Novagen公司的CBD—Tag和,I7一Tag 系统等。相信随着时间的推移,会有更多更好的方法出现,合理充分地应用这些方法,对科研、生物制药、疫苗、诊断试剂研制等工作都会有很大帮助。


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