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羟基磷灰石柱用于蛋白质层析实验(一)

2020.8.17
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

一、机制

从 1971 年(Bernardi,1971;Gorbunoff,1990) 就已经幵始定期发表关于 HA 对蛋白质吸附与解吸附的综述。最近的一篇文献 (Kandorietal.,2004) 引用了较早阐述的机制,酸性蛋白质通过 C(钙)-位点结合, 而碱性蛋白质通过 P(磷酸盐)-位点结合。C-位点和 P-位点首先由 Kawasaki 等 (1986) 提出,随后 Gagnon(1996)Xt 其进一步探讨并强调了 C-位点在单克隆抗体纯化中的重要性: 部分单克隆抗体的结合是通过钙配位络合物 (calciumcoordinationcomplexe) 与抗体中的羧基簇(carboxylcluster) 发生作用。HA-蛋白质间的相互作用可简化为下述内容: 氨基可以吸附于 P-位点,但受到 C-位点的排斥; 对于羧基来说,情况相反且更复杂。尽管胺类可以结合于 P-位点,但是其羧基最初是通过静电作用与 C-位点相互吸引的,与 C-位点的结合还涉及比阴离子交换更强的螯合配位键。

例如,Kawasaki(1991) 所述,对于蛋白质和其他溶质与 C-位点的相互作用,磷酰基比羧基更强。

Don 等 (2007) 进一步的研究工作围绕骨-蛋白质间的相互作用展开,目的是研究蛋白质中净电荷为 o 的一 OH 基和一 NH2 基与 HA 表面的机械作用。受控分子动力模拟表明,HA 表面与骨形态形成蛋白(bonemorphogeneticprotein)(用于骨形成的生长因子)的一 0 H 基和_NH2 基通过水桥 (water-bridged)H-键形成强相互作用。Shen 等 (2008) 用纤连蛋白片段(FN-DIlO) 证实了 Don 等的观察结果。上述及一些类似研究均支持 C-位点和 P-位点模型。HA 表面已经分别建议用于组氨酸标记蛋白质 (如六聚组氨酸标记的蛋白质) 的纯化, 以及富含组氨酸的免疫球蛋白 G(IgG) 的纯化 (Ngetal.,2007)。在这种情况下,基于六聚组氨酸标记的和未标记的融合蛋白质的共洗脱,轉-组氨酸的相互作用会显得很轻微。蛋白质吸附机制与 Gorbunoff(1990) 先前所述一致,引入水桥 H-键作用机制是对其进行了改进。

如果上样缓冲液中含有磷酸盐,那么有些蛋白质将不会吸附于 HA。Ferguson 等 (1980) 提出,在这种情况下通常可以使用 Good’s 缓冲液。例如,Schirch 等 (1985) 纯化的大肠杆菌表达的丝氨酸羟甲基转移酶,首先通过阴离子交换获得组分均一的样品,再以 pH7.0,20 mmol/LJV,JV-2-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸 (BES) 作为上样缓冲液平衡 HA 层析柱,继而采用较小的磷酸盐梯度洗脱。

通过逆转 P-位点相互作用、C-位点相互作用的两种形式和/或 H-键,可以实现蛋白质解吸附。线性和分步梯度的磷酸盐缓冲液是最常用的解吸附试剂。另外,Freitag 和 Breier(1995) 提出蛋白质可通过它们所带的净正电荷与 HA 表面所带净负电荷间的静电作用而固定在层析柱中, 但可以向磷酸盐缓冲液中加人阴离子使蛋白质去吸附, 或加人阳离子通过它们所带的净负电荷与 HA 表面的净正电荷相互作用而使那些固定的蛋白质解吸附。Gorbunoff(1984a;l984b) 及 Gorbunoff 和 Timasheff(1984) 发表的一系列文章已经讨论了 Cr、F’ClOr、SCN-和磷酸盐的作用。Schktterer 等 (2006) 采用氟化物离子将前列腺素 D 合酶从陶瓷化 HA 层析柱上解吸附。该酶来自于牛的脑脊髓液, 吸附后,以含有 NaF 的 10 mmol/LpH6.25 的磷酸钠缓冲液进行一系列地解吸附。他们分别以 150~750 mmol/LNaF 和 375~750 mmol/LNaF 作为线性梯度。

解吸附作用也明显受缓冲液 PH 的影响。根据 Ogawa 和 Hiraide(1996) 的研究,在较低的磷酸盐浓度条件下,PH 大于 7.0 时蛋白质的洗脱比 pH 小于 7.0 时更迅速,且 I 型和 n 型多孔陶瓷化 HA 的洗脱顺序是相似的, 但是对于 I 型层析柱,蛋白质解吸附需要更强的磷酸钠缓冲液。与此类似,在 pH 为 5.5~6.8 时,缓冲液的 pH 同样会影响多孔陶瓷化氟磷灰石层析柱蛋白质的解吸附。表 24.1 比较了在上述范围内,采用规格为 I-ICmX15 cm 的 I 型陶瓷化 HA 和陶瓷化氟磷灰石层析柱分离多种蛋白质的洗脱时间。该层析柱采用 pH10、0.2mol/L 磷酸盐缓冲液灌装,再以 pH5.5、pH6.OSpH6.8 的 5 mmol/L 的磷酸钠缓冲液平衡。蛋白质的洗脱顺序并不是仅仅取决于其 PI。根据 Gorbunoff(1984a;1984b) 的观点,某些蛋白质的解吸附还取决于它们的结构及羧基的含量。


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