技術(shù)分享：如何選擇蛋白質(zhì)純化的方法

  蛋白純化工作非常復(fù)雜，除了要保證純度外，蛋白產(chǎn)品還必須保持其生物學(xué)活性。純化工藝必須能夠每次都能產(chǎn)生相同數(shù)量和質(zhì)量的蛋白，重復(fù)性良好。這就要求應(yīng)用適應(yīng)性非常強(qiáng)的方法而不是用能得到純蛋白的好方法去純化蛋白。

  隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，越來越多的科研人員熟練掌握了分子生物學(xué)的各種試驗(yàn)技術(shù)，并研制成套試劑盒，使基因克隆表達(dá)變得越來越容易。但分子生物學(xué)的上游工作往往并非是終目的，分子克隆與表達(dá)的關(guān)鍵是要拿到純的表達(dá)產(chǎn)物，以研究其生物學(xué)作用，或者大量生產(chǎn)出可用于疾病治療的生物制品。對(duì)蛋白純化的方法選擇及整體方案的制定提供一定的指導(dǎo)。

  一、蛋白純化的一般原則

  蛋白純化要利用不同蛋白間內(nèi)在的相似性與差異，利用各種蛋白間的相似性來除去非蛋白物質(zhì)的污染，而利用各蛋白質(zhì)的差異將目的蛋白從其他蛋白中純化出來。每種蛋白間的大小、形狀、電荷、疏水性、溶解度和生物學(xué)活性都會(huì)有差異，利用這些差異可將蛋白從混合物如大腸桿菌裂解物中提取出來得到重組蛋白。蛋白的純化大致分為粗分離階段和精細(xì)純化階段二個(gè)階段。粗分離階段主要將目的蛋白和其他細(xì)胞成分如DNA、RNA等分開，由于此時(shí)樣本體積大、成分雜，要求所用的樹脂高容量、高流速，顆粒大、粒徑分布寬.并可以迅速將蛋白與污染物分開，防止目的蛋白被降解。

  精細(xì)純化階段則需要高的分辨率，此階段是要把目的蛋白與那些大小及理化性質(zhì)接近的蛋白區(qū)分開來，要用小的樹脂顆粒以提高分辨率，常用離子交換柱和疏水柱，應(yīng)用時(shí)要綜合考慮樹脂的選擇性和柱效兩個(gè)因素。選擇性指樹脂與目的蛋白結(jié)合的特異性，柱效則是指各蛋白成分逐個(gè)從樹脂上集中洗脫的能力，洗脫峰越窄，柱效越好。僅有好的選擇性，洗脫峰太寬，蛋白照樣不能有效分離。

  二、各種蛋白純化方法及其優(yōu)、缺點(diǎn)

  1、 蛋白沉淀

  蛋白能溶于水是因?yàn)槠浔砻嬗杏H水性氨基酸，在蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)處若溶液的離子強(qiáng)度特別高或者特別低，蛋白則傾向于從溶液中析出。硫酸銨是沉淀蛋白常用的鹽，因?yàn)樗诶涞木彌_液中溶解性好，冷的緩沖液有利于保持目的蛋白的活性。硫酸銨分餾常用作試驗(yàn)室蛋白純化的步，它可以初步粗提蛋白質(zhì)，去除非蛋白成分。蛋白質(zhì)在硫酸銨沉淀中較穩(wěn)定，可以短期在這種狀態(tài)下保存中間產(chǎn)物，當(dāng)前蛋白質(zhì)純化多采用這種辦法進(jìn)行粗分離翻。在規(guī)模化生產(chǎn)上硫酸銨沉淀方法仍存在一些問題，硫酸銨對(duì)不銹鋼器具的腐蝕性很強(qiáng)。其他的鹽如硫酸鈉不存在這種問題，但其純化效果不如硫酸銨。

  除了鹽析外蛋白還可以用多聚物如PEG和防凍劑沉淀出來，PEG是一種惰性物質(zhì)，同硫酸銨一樣對(duì)蛋白有穩(wěn)定效果，在緩慢攪拌下逐漸提高冷的蛋白溶液中的PEG濃度，蛋白沉淀可通過離心或過濾獲得，蛋白可在這種狀態(tài)下長(zhǎng)期保存而不損壞。

  蛋白沉淀對(duì)蛋白純化來說并不是多么好的方法，因?yàn)樗荒苓_(dá)到幾倍的純化效果，而我們?cè)谶_(dá)到目的前需要上千倍的純化。其好處是可以把蛋白從混雜有蛋白酶和其他有害雜質(zhì)的培養(yǎng)基及細(xì)胞裂解物中解脫出來。

  2、緩沖液的換

  雖然換緩沖液不能提高蛋白純度，但它卻在蛋白純化方案中起著極其重要的作用。不同的蛋白純化方法需要不同pH及不同離子強(qiáng)度的緩沖液。假如你用硫酸銨將蛋白沉淀出來，毫無疑問蛋白是處在高鹽環(huán)境中，需要想辦法脫鹽，可用的方法有利用半透膜透析，通過勤換透析液體去除鹽分，此法尚可，但需幾個(gè)小時(shí)，通常要過夜，也難以用予大規(guī)模純化中。

  新型的設(shè)備將透析膜夾在兩個(gè)板中間，板的一側(cè)加緩沖液，另一側(cè)加需脫鹽的蛋白溶液，并在蛋白溶液一側(cè)通過泵加壓，可以使兩側(cè)溶液在數(shù)小時(shí)內(nèi)達(dá)到平衡，若增加對(duì)蛋白溶液的壓力，還可迫使水分和鹽多通過透析膜進(jìn)入透析液達(dá)到對(duì)蛋白濃縮的目的。

  也有出售的脫鹽柱，柱內(nèi)的填料是小孔徑的顆粒，蛋白分子不能進(jìn)入孔內(nèi)，先于高濃度鹽離子從柱中流出，從而使二者分離。蛋白純化的每一步都會(huì)造成目的蛋白的丟失，緩沖液平衡的步驟尤甚。蛋白會(huì)結(jié)合在任何它能接觸的表面上，剪切力、起泡沫和離子強(qiáng)度的快速變化很容易讓蛋白失活。

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