1、重組蛋白純化基本策略捕獲階段：目標是澄清、濃縮和穩定目標蛋白。中度純化階段：目標 是除去大多數大量雜質，如其它蛋白、核酸、內毒素和病毒等。精制階段： 除去殘余的痕量雜質和必須去除的雜質。分離方法的選擇根據蛋白質的特 殊性質采用不同的分離方法：蛋白質的性質方法電荷(等電點)離子交換 (IE 某)分子量凝膠過濾(GF)疏水性疏水(HIC)反相(RPC)特異性 結合親和(AC)每一種方法都有分辨率、處理量、速度和回收率之間的平 衡。分辨率：由選擇的方法和層析介質生成窄峰的能力來實現。總的來說， 當雜質和目標蛋白性質相似時，在純化的最后階段分辨率是重要因素。處 理量：一般指在純化過程中目標蛋白的上樣量

2、。如上樣體積、濃度等。速 度：在初純化中是重要因素，此時雜質如蛋白酶必須盡快除去。回收率： 隨著純化的進行漸趨重要，因為純化產物的價值在增加。在三階段純化策 略中每一種方法的適用性見下表：技術主要特點捕獲中度純化精制樣品起 始狀態樣品最終狀態 IE 某高分辨率高容量高速度低離子強度樣品體積不 限高離子強度或 pH 改變。樣品濃縮 HIC 分辨率好容量好高速度高離子強 度樣品體積不限低離子強度樣品濃縮 AC 高分辨率高容量高速度結合條件 特殊樣品體積不限洗脫條件特殊樣品濃縮 GF 高分辨率(使用Supede 某) 樣品體積(蛋白質的蛋白質特性與分離純化技術的選擇摘要：蛋白質的一級、二級、三級和四

3、級結構決定了它的物理、化學、 生物化學、物理化學和生物學性質，綜述了不同蛋白質之間的性質存在差 異或者改變條件是使之具有差異，利用一種同時多種性質差異，在兼顧收 率和純度的情況下，選擇蛋白質提純的方法。關鍵詞：蛋白質分離純化前言：蛋白質在組織或細胞中一般都是以復雜的混合物形式存在，每種類型 的細胞都含有成千種不同的蛋白質。蛋白質的分離和提純工作是一項艱巨 而繁重的任務，到目前為止，還沒有一個單獨的或一套現成的方法能把任 何一種蛋白質從復雜的混合物中提取出來，但對任何一種蛋白質都有可能 選擇一套適當的分離提純程序來獲取高純度的制品。蛋白質提純的總目標是設法增加制品純度或比活性，對純化的要求是 以

4、合理的效率、速度、收率和純度，將需要蛋白質從細胞的全部其他成分 特別是不想要的雜蛋白中分離出來，同時仍保留有這種多肽的生物學活性 和化學完整性。能從成千上萬種蛋白質混合物中純化出一種蛋白質的原因，是不同的 蛋白質在它們的許多物理、化學、物理化學和生物學性質有著極大的不同， 這些性質是由于蛋白質的氨基酸的序列和數目不同造成的，連接在多肽主 鏈上氨基酸殘基可是荷正電的、荷負電的、極性的或非極性的、親水的或 疏水的，此外多肽可折疊成非常確定的二級結構( 螺旋、 折疊和各 種轉角)、三級結構和四級結構，形成獨特的大小、形狀和殘基在蛋白質 表面的分布狀況，利用待分離的蛋白質與其它蛋白質之間在性質的差異，

5、 即能設計出一組合理的分級分離步驟。可依據蛋白質不同性質與之相對應 的方法將蛋白質混合物分離： 1分子大小不同種類的蛋白質在分子大小方面有一定的差別，可用一些簡便的方 法，使蛋白質混合物得到初步分離。 11 透析和超濾透析在純化中極為常用，可除去鹽類(脫鹽及置換緩沖液)、有機溶 劑、低分子量的抑制劑等。透析膜的截留分子量為 5000 左右，如分子量 小于 10000 的酶液就有泄露的危險，在純化中極為常用，可除去鹽類、有機溶劑、低分子量的抑制劑等。超濾一般用于濃縮和脫色 12 離心分離 置換緩沖液許多酶富集于某一細胞器內，勻漿后離心得得到某一亞細胞成分，使 酶富集 1020 倍，再對特定的酶進

6、行純化。差速離心，分辨率較低，僅適 用于粗提或濃縮。速率區帶法，如離心時間太長所有的物質都會沉淀下來， 故需選擇最佳分離時間，可得到相當純的亞細胞成分用于進一步純化，避 免了差速離心中大小組分一起沉淀的問題，但容量較小，只能用于少量制 備。等密度梯度離心常用的離主介質有蔗糖、聚蔗糖、氯化銫、溴化鉀、 碘化鈉等等 13 凝膠過濾這是根據分子大小分離蛋白質混合物最有效的方法之一，注意使要離 的蛋白質分子量落在凝膠的工作范圍內。選擇不同的分子量凝膠可用于脫 鹽、置換緩沖液及利用分子量的差異除去熱源。 2形狀蛋白質在離心通過溶液運動時，或通過膜、凝膠過濾填料顆粒或電泳 凝膠中的小孔運動時，都會受到形狀

7、的影響：對兩種相同質量的蛋白質而 言，球狀蛋白質具有較小的有效半徑(斯托克半徑)，通過溶液沉降時遇 到的摩擦力小，沉降較快而顯得比其它形狀的蛋白質大；反之，在體積排 阻色譜時，斯托克半徑較小的球狀蛋白質更容易擴散進入凝膠過濾填料顆 粒內部，較遲洗脫出來，因而顯得比其它形狀的蛋白質要小。 3溶解度利用蛋白質的溶解度的差別來分別各種蛋白質常用的方法。影響蛋白 質溶解度的外界因素很多，其中主要有：溶液的 pH、離子強度、介電常 數和溫度，但在同一的特定外界條件下，不同的蛋白質具有不同的溶解度。 適當改變外界條件，控制蛋白質混合物中某一成分的溶解度 31pH 控制 和等電點沉淀蛋白質在其等電點一般較不

8、易溶解。 32 蛋白質的鹽溶和鹽析 33 有機溶劑分級法蛋白質在不同的溶劑中的溶解度有很大不同，從基本不溶( 10g/ml)直至極易溶解(300mg/ml)不等。影響蛋白質溶解度的可變 因素包括溫度、 pH、溶劑的極性、離子性質和離子強度。引起蛋白質沉淀 的有機溶劑的濃度不同，故控制有機溶劑的濃度可分離蛋白質。水溶性非 離子聚合物如聚乙二醇也能引起蛋白質的沉淀。 34 溫度不同的蛋白質在不同的溫度具有不同的溶解度和活性。大多數蛋白質 在低溫下比較穩定，故分離操作一般在 0或更低溫度下進行。 41 電泳不僅是分離蛋白質混合物和鑒定蛋白質純度的重要手段，而且也是研 究蛋白質性質很有用的方法。等電聚

9、焦分辨率很高， pI 有 0.02pH 的差異就能分開。 2D-分離蛋白 質分辨率已經發展到 100000 個蛋白點。 42 離子交換層析改變蛋白質混合物溶液中的鹽離子強度、 pH 和(陰、陽)離子交換 填料，不同蛋白質對不同的離子交換填料的吸附容量不同，蛋白質因吸附 容量不同或不被吸附而分離。洗脫可采用保持洗脫劑成分一直不變，也可采用改變洗脫劑的鹽度或 pH 的方法洗脫，后一種可分分段洗脫和梯度洗脫。梯度洗脫一般效果好， 分辨率高，特別是使用交換容量小，對鹽濃度敏感的離子交換劑，多用梯度洗脫。控制洗脫劑的體積(與柱床 體體積相比)、鹽濃度和 pH，樣品組分能從離子交換柱上分別洗脫下來。蛋白分

10、子暴露在外表面的側鏈基團的種類和數量不同，故在一定的 PH 值和離子強度的緩沖液的所帶的電荷不同 5電荷分布電荷的氨基酸殘基可均勻地分布于蛋白質的表面，既可以適當的強度 與陽離子交換柱結合也能以適當強度與陰離子結合，因多數蛋白質都有不 能在單一的溶劑條件下同時與兩種類型的離子交換柱結合，故可得用此性 質純化；電荷的氨基酸殘基亦可成簇分布，使某一區域帶強正電荷而另一 區域帶強負電荷，呈強酸性或強堿性，只能在極端 pH 與陽離子交換樹脂 或陰離子交換樹脂結合，如鈣調蛋白只能在 pH2 時與陽離子交換樹脂結合。6疏水性多數疏水性的氨基酸殘基藏在蛋白質的內部，但也有一些在表面。蛋 白質表面的疏水性氨基

11、酸殘基的數目和空間分布決定了該蛋白質是否具有 與疏水柱填料結合從而利用它來進行分離的能力。因其廉價和純化后的蛋白質具有生物活性，是一種通用性的分離和純 化蛋白質的工具。高濃度鹽水溶液中蛋白質在柱上保留，在低鹽或水溶液 中蛋白質從柱上被洗脫，故特別適用于濃硫酸銨溶液沉淀分離后的母液以 及該沉淀用鹽溶解后的含有目標產品的溶液直接進樣到柱上，當然也適用 7mol/鹽酸胍或 8mol/L 脲的大腸桿菌的治療蛋白質提取液直接進樣到柱上， 在分離的同時也進行了復性。7密度多數蛋白質的密度在 1.31.4g/cm3 之間，分級分離蛋白質時一般不 常用此性質，不過對含有大量磷酸鹽或脂質的蛋白質與一般蛋白質在密

12、度 上明顯不同，可用密度梯度法離心與大部分蛋白質分離。8基因工程構建的純化標記通過改變 cDNA 在被表達的蛋白的氨基端或羧基端加入少許幾個額外 氨基酸，這個加入的標記可用來作為一個有效的純化依據。 81GST 融合 載體使要表達的蛋白質和谷胱甘肽 S 轉移酶一起表達，然后利用 GlutathioneSepharoe4B 作親和純化，再利用凝血酶或因子某 a 切開。82 蛋白 A 融合載體使要表達的蛋白和蛋白 A 的 IgG 結合部位融合在一起表達，以 IgGSepharoe 純化。 83 含組氨酸標記(Hitidine-tagged) ChelatingSepharoe最通行的標記之一，是在

13、蛋白質的氨基端加上 610 個組氨酸，在一 般或變性條件(如 8M 尿素)下借助它能與 Ni2+螯合柱緊緊結合的能力， 用咪唑洗脫，或將 pH 降至 5.9 使組氨酸充分質子化，不再與結合 Ni2+使 之得以純化。重組蛋白在設計、構建時已融入純化構想。樣品多夾雜了破碎細胞或 可溶產物，擴張床吸附技術 STREAMLINE 適合做粗分離 9親和能力結合效率高，分離速度快的特點。配基可是酶的底物、抑制劑、輔因 子、特異性的抗體、吸附后可改變緩沖液的離子強度和 PH 的方法，洗脫 下來，也可用更高濃度的同一配體溶液或親和力更強的配體溶液洗脫親和層析固定相的配基與生物分子之間的特殊的生物大分子親和能力

14、 不同來進行相互分離的，依親和選擇性的高低分為：基團性親和層析，固 定相上的配基對一類基團的極強的親和力。如含有糖基的一類蛋白質或糖 蛋白對三嗪染料顯示特別強的吸附能力；高選擇性(專一性)親和層析， 配基僅對某一種蛋白質有特別強的親和性。如單克隆抗體對抗原的特異性的吸附。親和層析除特異性的吸附外，仍然會因分子的錯誤認別和分子間 非選擇性的作用力而吸附一些雜蛋白質，另洗脫過程中的配體不可避免的 脫落進入分離體系。與超濾結合起來，將兩者優點集中形成超濾親和純化，具有高分離效 率和大規模工業化的優點，適用于初分離。按配基的不同可分為：(1) 金屬螯合介質過渡金屬離子 Cu2、 Zn2和 Ni2等以亞

15、胺絡合物的形式鍵合到因 定相上，由于這些金屬離子與色氨酸、組氨酸和半胱氨酸之間形成了配價 鍵，從而形成了亞胺金屬蛋白螯合物，使含有這些氨基酸的蛋白被這種 金屬螯合親和色譜的固定相吸附。螯合物的穩定性受單個組氨酸和半胱氨 酸解離常數所控制，從而亦受流動相的 pH 和溫度的影響，控制條件可以 使不同蛋白質相互分離。(2)小配體親和介質配體有精氨酸、苯甲酰胺、鈣調因子、明膠、肝素和賴氨酸等等。(3)抗體親和介質即免疫親和層析，配體有重組蛋白 A 和重組蛋白G，但蛋白 A 比蛋白 G 專一，蛋白G 能結合更多不同源的 IgG。(4)顏料親和介質染料層析的效果除主要取決于染料配基與酶的親和力大小外，還與

16、洗 脫緩沖液的種類、離子強度、 PH 值及待分離的樣品的純度有關。配體有 CibacronBlue 和 ProcionRed 兩種。在一定的條件下，固定化的染料能起 陽離子交換劑的作用，為了避免此現象的發生，最好要離子強度小于 0。1 和 PH 大于 7 時操作。(5)外源凝集素親和介質配體有刀豆球蛋白、扁豆外源凝集素和麥芽外源凝集素，固相外源凝 集素能和數種糖類殘基發生可逆反應，適合純化多糖、糖蛋白。 10非極 性基團之間作用力溶質分子中的非極性基團與非極性固定相間的相互作用力(非選擇性 分散力或倫敦力)大小與溶質分子極性基團與流動力相中極性分子在相反 方向上相互作用力的差異進行分離。因其流

17、動相中的置換劑是極性小于水 的有機溶劑(如甲醇、乙腈、四氫呋喃等)，這些有機溶劑可能使許多蛋 白質分子產生不可逆的變性；流動相中須有離子對試劑(如三氟乙酸、甲 酸、磷酸等)存在才可使分離有效地進行和獲得高的質量回收率；分離須 在酸性介質中進行(一般 pH 在23 之間)，又有一些蛋白質會在后兩種 條件下產生不可逆的分子構象變化，故在生物大分子中人分離純化中受到 限制，但分子構象變化可逆的蛋白質而言是有效的方法。正相色譜在生物 大分子中的分離和純化中應用相對較少，因所用的溶劑很貴。 11可逆性 締合在某些溶液條件下，有一些酶能聚合成二聚體、四聚體等，而在另一 種條件下則形成單體，如相繼在這兩種不

18、同的條件下按大小就可以進行分 級分離。 12穩定性 121 熱穩定性大多數蛋白質加熱到 95時會解折疊或沉淀，利用這一性質，可容 易地將一種經這樣加熱后仍保持其可溶性活性的蛋白質從大部分其它細胞 蛋白質中分離開。 122 蛋白酶解穩定性用蛋白酶處理上清液，消化雜蛋白，留下抗蛋白酶解抗性蛋白質。13分配系數即利用雙水相萃取分離，常用的生物物質分離體系有：聚乙二醇 (PEG) /葡聚糖(DE 某TRAN)、 PEG/磷酸鹽、 PEG/硫酸銨等。由于具有含水比例高、選用的聚合物及鹽對酶無毒性、分離設備與化學工業通用等 優點，在工業上目益受重視。分配行為受聚合物分子大小、成相濃度、 PH、無機鹽種類等因素影響， 發展：具有親和雙水相萃取及膜分離雙水相萃取等新型雙水相分離技術。 雙向水溶液系統的蛋白質純化一些與水混合多聚物的不相溶性導致依賴于多聚物濃度的兩相系統的 液-液分配技術，可以由兩不同的高水溶性的多聚物或一種多聚物各一種 鹽，用于從微生物勻漿中除支細胞碎片、后續分配步驟進一步純化。分離 的選擇性一般隨著分離分子或顆粒大小面增加。 14表面活性 141 泡沫 分離蛋白質溶液具有表面活性，氣體在溶液中鼓泡，氣泡與液相主體分離，