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微(wēi)生物生產的(dí)蛋白質或酶有來自胞(bāo)內(nèi),來(lái)自細胞周質或被分(fēn)泌到培(péi)養(yǎng)介質(zhì)中(zhōng)。對胞(bāo)外酶而言,當(dāng)zui後(hòu)產品是用於工(gōng)業用途而不是需要太(tài)高(gāo)純(chún)度(dù)時(shí),純(chún)化(huà)工(gōng)藝比較簡單。許多(duō)酶是以更為復(fù)雜(zá)的胞(bāo)內混合物的(dí)形(xíng)式(shì)存(cún)在,這對蛋(dàn)白質(zhì)純化研(yán)究(jiū)人(rén)員提(tí)出(chū)更(gēng)多的挑戰。
正常來說,大(dà)部分蛋白質(zhì)都(dū)可溶於水,稀鹽(yán),稀酸(suān)或(huò)鹼(jiǎn)溶(róng)液,少(shǎo)數與(yǔ)脂類結合的蛋白(bái)質則溶(róng)於(yú)乙醇,丙酮,丁醇(chún)等有機溶(róng)劑(jì)中,因些(xiē),可采用不同溶劑(jì)提(tí)取分(fēn)離(lí)和純化蛋白質及(jí)酶。
(1)水溶(róng)液(yè)提取(qǔ)法(fǎ):稀鹽和(hé)緩衝(chōng)係(xì)統的水(shuǐ)溶(róng)液(yè)對(duì)蛋白質穩(wěn)定(dìng)性好(hǎo),溶解度大(dà),是提取(qǔ)蛋白(bái)質(zhì)zui常(cháng)用(yòng)的溶劑,通(tōng)常用量(liáng)是(shì)原材(cái)料體積(jī)的1-5倍,提(tí)取時需要(yào)均(jūn)匀(yún)的攪拌,以(yǐ)利(lì)於蛋白質(zhì)的溶(róng)解(jiě)。提(tí)取的溫(wēn)度要視有效成(chéng)份性質而定。一方麵,多(duō)數(shù)蛋(dàn)白(bái)質的溶(róng)解(jiě)度隨著溫(wēn)度(dù)的(dí)升高而(ér)增大(dà),因(yīn)此,溫度(dù)高(gāo)利於(yú)溶解(jiě),縮短(duǎn)提取(qǔ)時(shí)間。但(dàn)另一(yī)方(fāng)麵,溫(wēn)度升高會使蛋白質變(biàn)性失(shī)活(huó),因此,基於(yú)這一點考慮提取蛋白質(zhì)和(hé)酶時一(yī)般采用低(dī)溫(5度(dù)以下(xià))操(cāo)作。為了(liǎo)避(bì)免蛋(dàn)白(bái)質(zhì)提以過程中的降解,可加(jiā)入(rù)蛋白水(shuǐ)解(jiě)酶抑(yì)製(zhì)劑(jì)(如二(èr)異丙(bǐng)基(jī)氟(fú)磷(lín)酸,碘乙酸等(děng))。
A,pH值
蛋(dàn)白質(zhì),酶是具(jù)有等電點的(dí)兩性電解質,提(tí)取液的pH值(zhí)應選(xuǎn)擇在(zài)偏(piān)離等電(diàn)點兩(liǎng)側的(dí)pH範圍內。用(yòng)稀酸或稀鹼提取時(shí),應防止(zhǐ)過酸或過鹼(jiǎn)而(ér)引(yǐn)起蛋白(bái)質可解離(lí)基(jī)團發(fā)生變化(huà),從而導致(zhì)蛋白(bái)質構(gòu)象的(dí)不可逆(nì)變(biàn)化(huà),一般來(lái)說,鹼(jiǎn)性蛋白質用(yòng)偏(piān)酸(suān)性的(dí)提(tí)取(qǔ)液提取,而酸(suān)性蛋(dàn)白(bái)質用(yòng)偏鹼性(xìng)的(dí)提取液。
B,鹽濃度
稀濃度(dù)可(kě)促進(jìn)蛋白(bái)質(zhì)的溶(róng)解,稱為鹽(yán)溶作(zuò)用(yòng)。同時稀(xī)鹽(yán)溶(róng)液因鹽(yán)離(lí)子與蛋白質部分(fēn)結(jié)合(hé),具有(yǒu)保(bǎo)護(hù)蛋(dàn)白(bái)質不(bù)易變性的優點,因(yīn)此在提取(qǔ)液(yè)中(zhōng)加入少量(liáng)NaCl等中性(xìng)鹽(yán),一(yī)般以(yǐ)0.15摩(mó)爾(ěr)。升濃度(dù)為宜(yí)。緩衝(chōng)液常采用0.02-0.05M磷酸鹽(yán)和碳(tàn)酸鹽(yán)等滲鹽(yán)溶(róng)液。
(2)有(yǒu)機溶劑提(tí)取(qǔ)法:一(yī)些(xiē)和(hé)脂(zhī)質(zhì)結合比(bǐ)較牢固或(huò)分(fēn)子中(zhōng)非(fēi)極性側鏈(liàn)較多的蛋(dàn)白質和酶,不(bù)溶於水,稀鹽溶(róng)液,稀酸(suān)或稀鹼中(zhōng),可(kě)用乙(yǐ)醇(chún),丙酮(tóng)和(hé)丁醇等有機(jī)溶(róng)劑,它們(mén)具(jù)的一定(dìng)的親(qīn)水性,還(huán)有(yǒu)較強的親(qīn)脂性(xìng),是理(lǐ)想的提(tí)脂蛋白的(dí)提取液。但(dàn)必須(xū)在低溫下(xià)操作(zuò)。丁醇(chún)提取法(fǎ)對提取一(yī)些(xiē)與脂質(zhì)結合緊密的蛋白質(zhì)和酶(méi)特別*,一是因為(wéi)丁(dīng)醇(chún)親脂(zhī)性(xìng)強,特別(bié)是溶(róng)解磷(lín)脂(zhī)的(dí)能(néng)力(lì)強(qiáng);二(èr)是丁醇兼具親水性,在溶解(jiě)度範(fàn)圍內(度(dù)為10%,40度為6.6%)不會引起(qǐ)酶(méi)的(dí)變(biàn)性(xìng)失活(huó)。
另(lìng)外(wài),丁(dīng)醇(chún)提取法的pH及溫度選擇範圍(wéi)較(jiào)廣,也適(shì)用於動植物及微生物材料。
親和層析法(fǎ):
親和(hé)層析的原(yuán)理(lǐ)與(yǔ)*的抗(kàng)原一抗(kàng)體,激素(sù)一受體(tǐ)和(hé)酶一(yī)底物等特異性反(fǎn)應(yīng)的機理(lǐ)相類似,每對(duì)反應物(wù)之(zhī)間(jiān)都(dū)有一(yī)定的(dí)親(qīn)和(hé)力。正如在酶與(yǔ)底(dǐ)物(wù)的反應中(zhōng),特(tè)異的(dí)廢(fèi)物(S')才能(néng)和一(yī)定的酶(E)結合(hé),產生(shēng)復合(hé)物(E-S')一(yī)樣。在(zài)親(qīn)和層析(xī)中(zhōng)是特異的(dí)配(pèi)體才(cái)能和一定(dìng)的生(shēng)命大分(fēn)子(zǐ)之間具有親(qīn)和力(lì),並產生(shēng)復合(hé)物。而親和(hé)層析與(yǔ)酶(méi)一底物反應(yīng)不同的是,前者進行反應時,配體(類似底物)是固相(xiāng)存在;後(hòu)者(zhě)進(jìn)行反應時,底(dǐ)物呈液相存(cún)在(zài)。實(shí)質上(shàng)親和層(céng)析(xī)是把(bǎ)具(jù)有識(shí)別能(néng)力的(dí)配(pèi)體L(對酶(méi)的(dí)配(pèi)體可以(yǐ)是類似底物,抑製(zhì)劑(jì)或輔基(jī)等)以(yǐ)共價(jià)鍵(jiàn)的方式(shì)固(gù)化(huà)到含有活(huó)化(huà)基團(tuán)的(dí)基(jī)質M(如(rú)活(huó)化(huà)瓊(qióng)脂糖等)上(shàng),製成親和(hé)吸附劑(jì)M-L,或者(zhě)叫做固相載(zǎi)體(tǐ)。而固化後的(dí)配體(tǐ)仍保(bǎo)持(chí)束縛(fù)特(tè)異物質(zhì)的(dí)能力。因此(cǐ),當把圍相載體裝人小(xiǎo)層析柱(zhù)(幾(jī)毫(háo)升到(dào)幾十毫(háo)升床(chuáng)體積(jī))後,讓欲分(fēn)離的樣(yàng)品液(yè)通過該柱。這(zhè)時樣(yàng)品中對配體(tǐ)有親和力的物質(zhì)S就可借助靜電引力(lì),範德瓦爾力(lì),以及結(jié)構互(hù)補效(xiào)應(yīng)等作(zuò)用吸附到(dào)固相載體(tǐ)上,而(ér)無親和力或非特異吸附的物(wù)質則(zé)被起始緩(huǎn)衝液洗(xǐ)滌出(chū)來(lái),並(bìng)形成了*個層析峰。
然後(hòu),恰當地改(gǎi)變起(qǐ)始緩衝 液(yè)的(dí)PH值,或(huò)增(zēng)加(jiā)離(lí)子強(qiáng)度(dù),或加人(rén)抑(yì)③劑等因(yīn)子,即可(kě)把物質(zhì)S從固相載體上(shàng)解(jiě)離下(xià)來,並形成了(liǎo)第M個層(céng)析(xī)峰(見圖6-2)。顯然,通(tōng)過這一操作(zuò)程序(xù)就可把(bǎ)有(yǒu)效(xiào)成(chéng)分與雜(zá)質滿(mǎn)意地分離開(kāi)。如(rú)果樣(yàng)品液(yè)中存(cún)在(zài)兩個以上(shàng)的(dí)物質與(yǔ)固(gù)相載體(tǐ)具有(yǒu)親和(hé)力(lì)(其(qí)大(dà)小(xiǎo)有(yǒu)差異(yì))時(shí),采(cǎi)用選(xuǎn)擇(zé)性(xìng)緩衝(chōng)液(yè)進(jìn)行(háng)洗脫,也可以將它們(mén)分離(lí)開(kāi)。用過的(dí)固(gù)相載體經(jīng)再生處理(lǐ)後,可以(yǐ)重復使用。
一(yī))原理
親(qīn)和層(céng)析是(shì)一種(zhǒng)吸(xī)附層析(xī),抗原(或抗(kàng)體)和相應的(dí)抗體(或抗原)發生特異(yì)性結合(hé),而(ér)這種結合(hé)在一(yī)定的條(tiáo)件(jiàn)下(xià)又是(shì)可逆的(dí)。所以將抗原(yuán)(或(huò)抗(kàng)體)固相(xiāng)化(huà)後(hòu),就(jiù)可(kě)以使(shǐ)存在液相中(zhōng)的相應抗體(tǐ)(或(huò)抗(kàng)原(yuán))選擇(zé)性地結(jié)合在固相(xiāng)載體上,借(jiè)以與液相(xiāng)中的其他(tā)蛋白(bái)質分(fēn)開,達到分離提(tí)純的(dí)目的(dí)。親(qīn)和層(céng)析法(aflinity chromatography)是(shì)分(fēn)離蛋(dàn)白(bái)質(zhì)的(dí)一(yī)種極(jí)為有效(xiào)的(dí)方法,它(tā)經常隻(zhī)需經過(guò)一(yī)步(bù)處(chǔ)理(lǐ)即可(kě)使某種待提(tí)純的蛋白(bái)質從很(hěn)復雜(zá)的(dí)蛋白(bái)質混合物中分(fēn)離(lí)出來,而且(qiě)純(chún)度(dù)很高。這種方(fāng)法(fǎ)是根據某些蛋白(bái)質與另一(yī)種(zhǒng)稱為配體(Ligand)的分(fēn)子(zǐ)能特異而非(fēi)共價(jià)地(dì)結(jié)合。其基(jī)本原理(lǐ):蛋(dàn)白(bái)質在組(zǔ)織或(huò)細胞中是(shì)以復雜(zá)的(dí)混(hùn)合物形(xíng)式存在,每種(zhǒng)類型(xíng)的細胞都含(hán)有上(shàng)千(qiān)種(zhǒng)不同的蛋(dàn)白(bái)質,因此蛋(dàn)白(bái)質的(dí)分離(Separation),提純(Purification)
和鑒(jiàn)定(Characterization)是生物(wù)化(huà)學(xué)中(zhōng)的重要的(dí)一(yī)部(bù)分,至(zhì)今還沒的(dí)單獨(dú)或一(yī)套(tào)現成(chéng)的方法能移把(bǎ)任(rèn)何(hé)一種(zhǒng)蛋白質(zhì)從復雜的混合(hé)蛋白質中(zhōng)提取出(chū)來(lái),因(yīn)此往往采(cǎi)取幾種(zhǒng)方法(fǎ)聯合使用(yòng)。
此法具有,快速(sù),簡便等(děng)優(yōu)點(diǎn)。
二)載體的基本要(yào)求和(hé)選擇
理(lǐ)想的載(zǎi)體應(yīng)具有下(xià)列(liè)基本(běn)條(tiáo)件:①不溶於水,但高度(dù)親水;②惰性物質,非特異(yì)性(xìng)吸(xī)附少;③具有相(xiāng)當量的化學基團(tuán)可供活化(huà);④理(lǐ)化性(xìng)質(zhì)穩(wěn)定(dìng);⑤機械性(xìng)能好,具有(yǒu)一(yī)定(dìng)的顆粒(lì)形式以(yǐ)保持一定(dìng)的(dí)流速;⑥通透性(xìng)好,為多(duō)孔的網狀結構,使(shǐ)大分(fēn)子能(néng)自(zì)由(yóu)通(tōng)過(guò);⑦能(néng)抵抗(kàng)微生物和醇的作(zuò)用。
可以(yǐ)做為固相載體(tǐ)的有皂土(tǔ),玻璃(lí)微球(qiú),石英(yīng)微球(qiú),羥(qiǎng)磷酸鈣,氧(yǎng)化鋁,聚丙(bǐng)烯酰胺(àn)凝(níng)膠,澱(diàn)粉(fěn)凝膠,葡(pú)聚(jù)糖(táng)凝(níng)膠,纖維(wéi)素和瓊脂糖。在這(zhè)些(xiē)載體中(zhōng),皂土,玻璃(lí)微球等吸附能力弱,且不能防(fáng)止非特異性(xìng)吸附(fù)。纖(xiān)維素的(dí)非(fēi)特(tè)異(yì)性吸附強(qiáng)。聚丙稀(xī)酰胺凝(níng)膠是(shì)目(mù)前的(dí)優良載體(tǐ)。
瓊脂(zhī)糖凝膠的優(yōu)點是(shì)親(qīn)水性強(qiáng),理化性質(zhì)穩定(dìng),不受(shòu)細(xì)菌和(hé)酶的(dí)作(zuò)用,具(jù)有(yǒu)疏鬆的網(wǎng)狀(zhuàng)結(jié)構,在緩(huǎn)衝(chōng)液離(lí)子(zǐ)濃度(dù)大(dà)於0.05Mol/L時(shí),對蛋(dàn)白質幾乎沒有(yǒu)非(fēi)特異性(xìng)吸(xī)附。瓊(qióng)脂糖凝膠(jiāo)極易被溴化(huà)氫活化(huà),活(huó)化後(hòu)性質穩定(dìng),能(néng)經(jīng)受(shòu)層析的各(gè)種(zhǒng)條件(jiàn),如0.1Mol/L NaOH或1Mol/L HCl處理(lǐ)2h-3h及(jí)蛋白(bái)質變性(xìng)劑(jì)7Mol/L尿素或(huò)6Mol/L鹽(yán)酸(suān)胍(guā)處(chǔ)理,不引(yǐn)起性質(zhì)改變(biàn),故(gù)易於再生和反(fǎn)復使用(yòng)。
瓊脂糖凝膠微球的商品(pǐn)名為(wéi)Sepharose,含糖(táng)濃度為(wéi)2%,4%,6%時(shí)分別(bié)稱為2B,4B,6B。因為(wéi)Sepharose 4B的(dí)結(jié)構(gòu)比(bǐ)6B疏鬆,而(ér)吸(xī)附(fù)容量(liáng)比2B大,所以(yǐ)4B應用zui廣。
三)試劑與配製
1.Sepharose 4B
2.CNBr
3.抗(kàng)原(yuán)或(huò)抗(kàng)體
4.1Mol/L NaHCO3 取NaHCO3 84.01g加(jiā)水(shuǐ)至1 000ml。
5.0.1Mol/L NaHCO3
6.2Mol/L NaOH
7.0.01Mol/L pH7.4 PBS
0.2Mol/L Na2HPO4 38.0ml
0.2Mol/L Na2HPO4 162.0ml
NaCl 32.76g
加水至(zhì)4 000ml。
8.0.1Mol/L pH 2.8 甘氨酸(suān)即氨(ān)基(jī)乙酸—HCl緩(huǎn)衝(chōng)液 甘(gān)氨(ān)酸(suān)15.01g加水至1 000ml,取(qǔ)此(cǐ)液(yè),加0.2Mol/L HCl 84ml加(jiā)水166ml共(gòng)500ml。
9.7Mol/L尿(niào)素
10.0.2Mol/L NaHCO3,(含0.1Mol/L NaCI)
1Mol/L NaHCO3 100.00ml
NaCl 2.93g
加水至500.00ml。
四)實驗(yàn)方法
1.瓊脂糖活(huó)化
⑴ 取20ml Sepharose 4B放在(zài)布(bù)氏(shì)漏(lòu)鬥(dǒu)中抽幹(gān),加(jiā)少(shǎo)量(liáng)的0.1Mol/L pH 9.0 NaHCO3液洗滌,立(lì)即(jí)轉入(rù)100ml燒(shāo)杯(bēi)中,冰浴(yù)置(zhì)於(yú)磁(cí)力(lì)攪(jiǎo)拌(bàn)器(qì)上。
⑵ 在通風櫥(chú)內稱(chēng)取(qǔ)2g溴(xiù)化(huà)氰,加(jiā)水20ml溶(róng)解(jiě),然(rán)後(hòu)倒入(rù)瓊脂糖(táng)中,小心(xīn)滴加(jiā)2Mol/L NaOH,使(shǐ)pH保持在11左右(yòu),反應(yīng)10min。在(zài)1min~2min迅速(sù)調整(zhěng)pH為(wéi)8.0~11.0維持10min。
⑶ 將(jiāng)活(huó)化(huà)的瓊(qióng)脂(zhī)糖迅(xùn)速(sù)倒入布氏漏鬥中,以冰水抽(chōu)洗成(chéng)中性(xìng),再(zài)迅速(sù)以250ml冷(lěng)的0.1Mol/L pH 9.0 NaHCO3抽(chōu)洗。
2.偶聯蛋(dàn)白 20ml 4B液體(tǐ)相(xiāng)當於(yú)一半的(dí)固(gù)相(xiāng)載體(tǐ)。
⑴ 事先將(jiāng)需偶聯的(dí)抗(kàng)原(yuán)(或抗體(tǐ))蛋(dàn)白(bái)200mg置於(yú)0.1Mol/L pH 9.0 NaHCO3液中透析數小時(一(yī)般(bān)偶(ǒu)聯量為10~30mg/g載(zǎi)體)。
⑵ 將活(huó)化的瓊脂(zhī)糖迅(xùn)速(sù)倒入(rù)蛋白液中(zhōng)(在(zài)1.5min內(nèi),從抽洗到(dào)偶聯),4℃緩慢攪拌一晚(wǎn),使(shǐ)蛋(dàn)白與(yǔ)活化的(dí)瓊脂(zhī)結合。
3.裝柱
⑴ 選(xuǎn)柱:不宜過大(dà),一(yī)般(bān)以1.5×15cm的(dí)層析柱(zhù)可裝偶(ǒu)聯蛋(dàn)白(bái)的瓊脂糖(táng)約30ml。
⑵ 裝柱:將已(yǐ)與(yǔ)蛋白(bái)偶(ǒu)聯(lián)的瓊(qióng)脂糖(táng)裝入(rù)層(céng)析柱內(nèi),擰(níng)緊下口夾,讓(ràng)其下沉,數(shù)分(fēn)鐘(zhōng)後鬆開下口夾,使(shǐ)溶液約(yuē)以1ml/min的速度(dù)流出。
⑶ 洗柱:以(yǐ)0.2Mol/L pH 9.0 NaHCO3(含(hán)0.1Mol/L NaCl)洗(xǐ)滌(dí)至洗出(chū)液的OD280<0.02為止。
收集全(quán)部的(dí)洗脫液,測得(dé)的OD280值×洗脫液(yè)的(dí)總(zǒng)ml數(shù)即為(wéi)未(wèi)偶聯(lián)蛋白的含(hán)量(liáng),由(yóu)此(cǐ)可計算(suàn)偶(ǒu)聯(lián)率。
4.吸(xī)附與解吸(xī)附
⑴按床體積1/10加樣(yàng),濃度為1%~2%,緩慢加入(rù)待純(chún)化的抗(kàng)體(或抗原(yuán)),用0.01Mol/L pH7.4PBS液洗脫,流速為(wéi)1ml/min,至洗出(chū)液OD280<0.02為(wéi)止(zhǐ)。
⑵加0.1Mol/L pH2.4甘氨酸-HCl緩衝(chōng)液,流(liú)速(sù)1ml/min,收(shōu)集解(jiě)吸附(fù)下(xià)來(lái)的成分(fēn),立即以(yǐ)1Mol/L NaHCO3中和,以(yǐ)免蛋白變(biàn)性。
5.以(yǐ)兩(liǎng)倍(bèi)體積(jī)的(dí)7Mol/L尿(niào)素(sù)洗滌,再用0.01Mol/L pH 7.4PB液或生(shēng)理鹽(yán)水(shuǐ)洗滌,平衡後,可繼續使用。保存可加(jiā)入(rù)0.02%Na N3於(yú)4℃保(bǎo)存(cún)。防止冷(lěng)凍和幹(gān)裂。
6.結(jié)果判定
⑴ 對(duì)解吸(xī)附(fù)下來的(dí)蛋白以(yǐ)圓(yuán)盤(pán)電(diàn)泳(yǒng)或雙相瓊脂糖(táng)電(diàn)泳進行(háng)純度(dù)鑒定(dìng)。
⑵ 將純度好的(dí)各管洗(xǐ)脫(tuō)液合(hé)並,以生理鹽水透(tòu)析,然(rán)後(hòu)濃縮或(huò)凍幹保存。
的(dí)製備(bèi)工作(zuò)涉及物(wù)理,化學和(hé)生物等各方麵知(zhī)識(shí),但基(jī)本原(yuán)理不外乎兩(liǎng)方麵(miàn)。一(yī)是(shì)得用混合物中幾(jī)個組(zǔ)分分(fēn)配率的差別,把它們分(fēn)配(pèi)到(dào)可(kě)用機械方法分(fēn)離(lí)的(dí)兩個(gè)或幾個物相中,如(rú)鹽析,有機溶(róng)劑提(tí)取,層析和(hé)結晶等;二(èr)是(shì)將混合(hé)物置(zhì)於(yú)單(dān)一(yī)物相中,通過(guò)物(wù)理力場的作用使(shǐ)各組分(fēn)分配於來同(tóng)區域而(ér)達(dá)到分(fēn)離(lí)目(mù)的(dí),如電(diàn)泳(yǒng),超(chāo)速離(lí)心,超(chāo)濾等。在所有(yǒu)這些方法(fǎ)的應(yīng)用中必(bì)須注意保存生物(wù)大(dà)分(fēn)子的(dí)完(wán)整性,防(fáng)止酸,鹼(jiǎn),高(gāo)溫,劇(jù)烈(liè)機械(xiè)作用而導(dǎo)致所(suǒ)提(tí)物(wù)質生(shēng)物活(huó)性的喪(sāng)失(shī)。