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蛋白质纯化技术指南

更新时间:2023-01-04   点击次数:650次

蛋白质是包括人类在内的各种生物有机体的重要组成成分,是生命物质基础之一。生物体的生长、发育、遗传和繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。

随着分子生物学、结构生物学、基因组学等研究的不断深入,人们意识到仅仅依靠基因组的序列分析来试图阐明生命活动的现象和本质是远远不够的。只有从蛋白质组学的角度对所有蛋白质的总和进行研究,才能更科学地掌握生命现象和活动规律,更完善地揭示生命的本质。

蛋白质的分离纯化是生物化学研究应用一项重要技术。蛋白纯化是一项复杂的过程,包括粗分离,初步纯化和精细纯化等多个步骤。利用不同蛋白间内在的差异如大小,形状,电荷,疏水性,溶解度和生物学活性,将目的蛋白从其他蛋白中纯化出来。实验方法包括抽提,沉淀,离心,层析等多种手段。

蛋白质的分离纯化在生物化学研究应用中使用广泛,是一项重要的操作技术。 一个典型的真核细胞可以包含数以千计的不同蛋白质,一些含量十分丰富,一些仅含有几个拷贝。为了研究某一个蛋白质,必须首先将该蛋白质从其他蛋白质和非蛋白质分子中纯化出来。

蛋白的纯化大致分为粗分离阶段和精细纯化阶段二个阶段。粗分离阶段主要将目的蛋白和其他细胞成分如DNA,RNA等分开,由于此时样本体积大、成分杂、要求所用的数脂高容量、高流速、颗粒大、粒径分布宽。并可以迅速将蛋白与污染物分开,防止目的蛋白被降解。精细纯化阶段就需要更高的分辨率此阶段是要把目的蛋白与那些大小及理化性质接近的蛋白区分开来,要用更小的树脂颗粒以提高分辨常用的离子交换柱和疏水柱,应用时要综合考虑树脂的选择性和柱效两个因素。选择性指树脂与目的蛋白结合的特异性,柱效则是指蛋白的各成分逐个从树脂上集中洗脱的能力,洗脱峰越窄,柱效越好。仅有好的选择性,洗脱峰太宽,蛋白照样不能有效分离。

蛋白沉淀蛋白能溶于水是因为其表面有亲水性氨基酸在蛋白质的等电点处若溶液的离子强度特别高或特别低,蛋白则倾向于从溶液中析出。硫酸铵是沉淀蛋白质最常见的盐,因为它在冷的缓冲液中溶解性好有利于保护蛋白活性。硫酸铵分馏常用做纯化的第一步,它可以初提蛋白质,去除非蛋白成分。而且蛋白质在硫酸铵沉淀中比较稳定。可以短期保存中间产物,当前蛋白质纯化多采用这种办法进行粗分离翻。除了盐析外蛋白还可以用多聚物如PEG和防冻剂沉淀出来,PEG是一种惰性物质,同硫酸铵一样对蛋白有稳定效果,在缓慢搅拌下逐渐提高冷的蛋白溶液中的PEG浓度,蛋白沉淀可通过离心或过滤获得,蛋白可在这种状态下长期保存而不损坏。其好处是可以把蛋白从混杂有蛋白酶和其他有害杂质的培养基及细胞裂解物中解脱出来。

蛋白质分离纯化的一般程序可分为材料的预处理及细胞破碎,机械破碎法,渗透破碎法,反复冻融法,超声波法,酶法。无论用哪一种方法破碎组织细胞,都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中,使大分子生物降解,导致天然物质量的减少,加入二异丙基费磷酸(DFP)可以抑制或减慢自融作用;加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白质水解酶的活性,加入苯甲磺酰砩化物(PMSF)也能清除蛋白水解酥活力,但不是全部,还可以通过选择PH,温度或离子强度等,使这些条件都要适用于目的物质的提取。

通常选择适当的缓冲液溶剂把蛋白质提取出来。抽提所用缓冲液的pH、离子强度、组成成分等条件的选择应根据欲制备的蛋白质的性质而定。如膜蛋白的抽提,抽提缓冲液中一般要加入表面活性剂(十二烷基磺酸钠、tritonX-100 等),使膜结构破坏,利于蛋白质与膜分离。在抽提过程中,应注意温度,避免剧烈搅拌等,以防止蛋白质的变性。选用适当的方法将所要的蛋白质与其他杂质蛋白分离开来。比较方便有效方法根据蛋白溶解度的差异进行分离。常用的方法有:等电点沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法。