❶ 凝膠的生物
生物分子下游純化的對象一般包括蛋白、酶、重組蛋白、單抗、抗體及抗原、肽類、病毒、核酸等。純化前首先需要測定生物分子的各物理和化學特性,然後通過實驗選擇出最有效的純化流程。
1.測定——分子量、PI
當目標蛋白的物理特性如分子量、PI等都不清楚時,可用PAGE電泳方法或層析方法加以測定。分離范圍廣闊的Superose HR預裝柱很適合測定未知蛋白的分子量。用少量離子交換介質在多個含不同PH緩沖液的試管中,可簡易地測出PI,並選擇純化用緩沖液的最佳PH。
2.選擇——層析方法
若對目標蛋白的特性或樣品成分不太了解,可嘗試幾種不同的純化方法:
一 使用最通用的凝膠過濾方法,選擇分離范圍廣闊的介質如Superose、Sephacryl HR依據分子量將樣品分成不同組份。
二 用含專一配體或抗體的親和層析介質結合目標蛋白。亦可用各種活化偶聯介質偶聯目標蛋白的底物、受體等自製親和介質,再用以結合目標蛋白。一步即可得到高純度樣品。
三 體積大的樣品,往往使用離子交換層析加以濃縮及粗純化。高鹽洗脫的樣品,可再用疏水層析純化。疏水層析利用高鹽吸附、低鹽洗脫的原理,洗脫樣品又可直接上離子交換等吸附性層析。兩種方法常被交替使用於純化流程中。
3.純化——大量粗品
處理大量原液時,為避免堵塞柱子,一般使用sepharose big beads、sepharoseXL、sepharose fast flow等大顆粒離子交換介質。擴張柱床吸附技術利用多種STREAMLINE介質,直接從含破碎細胞或組織萃取物的發酵液中俘獲蛋白。將離心、超濾、初純化結合為一。提高回收率,縮短純化周期。
4.純化——硫酸氨樣品
硫酸氨沉澱方法常被用來初步凈化樣品,經處理過的樣本處於高鹽狀態下,很適合直接上疏水層析。若作離子交換,需先用Sephadex G-25脫鹽。疏水層析是較新技術,隨著介質種類不斷增多,漸被融入各生產工藝中。利用Hitrap HIC Test Kit 和RESOURCE HIC Test Kit可在八種疏水介質中選擇最適合介質及最佳的純化條件。低鹽洗脫的樣品可稍加稀釋或直接上其它吸附性層析。
5.純化——糖類分子
固化外源凝訂素如刀豆球蛋白、花生、大麥等凝集素,可結合碳水化合物的糖類殘基,很適合用作分離糖化細胞膜組份、細胞、甚至亞細胞細胞器,純化糖蛋白等。兩種附上外源凝集素的Sepharose 6MB親和層析介質,專為俘獲整個細胞或大復合物,如膜囊等。
6.純化——膜蛋白
膜蛋白分離常使用去污劑以保持其活性。離子性去污劑應選用與目標蛋白相反電荷者,避免在作離子交換時和目標蛋白競爭交換介質,藉此除去去污劑。非離子性去污劑可以疏水層析除去。
7.純化——單抗、抗原
單抗多為IgG.來源主要是腹水和融合瘤培養上清液。在培養前除去IgG.重組蛋白A介質Mabselect和rProtein A Sepharose FF對IgG有更高的載量和專一性,基團脫落更少。脫落的rProtein A用離子交換Q Sepharose HP或凝膠過濾Superdex 200,很容易去除。
疏水層析Phenyl Sepharose HP亦很適合純化IgG.宿主抗體和污染IgG可用凝膠過濾Superdex 200在精細純化中去除。
純化IgG抗原最有效的方法是用活化偶聯介質如CNBr、NHs activated Sepharose FF偶聯IgG,再進一步獲取IgG抗原。
HiTrap IgM是用來純化融合瘤細胞培養的單抗IgM,結合量達5mg IgM.HiTrap IgY是專門用來純化IgY,結合量達100mg純IgY.
8.純化——重組蛋白
重組蛋白在設計、構建時應已融入純化構想。樣品多夾雜了破碎細胞或溶解產物,擴張柱床吸附技術STREAMLINE便很適合做粗分離。Amersham biosciences提供三個快速表達、一步純化的融合系統。
一 GST融合載體使要表達的蛋白和谷胱甘肽S轉移酶一起表達,然後利用Glutathione Sepharose 4B作親和層析純化,再利用凝血酶或因子Xa切開。
2. 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IgG Sepharose 6 FF純化。
二 含組氨酸標記(Histidine-tagged)的融合蛋白可用Chelating Sepharose FF螯合Ni2+金屬,在一般或變性條件(8M尿素)下透過組氨酸螯合融合蛋白。HisTrap試劑盒提供整套His-Tag蛋白的純化方法。
9.純化——包涵體蛋白
包涵體蛋白往往需溶於6M鹽酸胍或8M尿素中。一般包涵體蛋白樣品的純度越高,復性效果越好。SOURCE 30 RPC反相層析介質很適合純化復性前的粗品,並可以1MnaOH重生。此方法純化後的包涵體蛋白,復性回收率明顯提高。
10.包涵體蛋白固相復性
許多文獻報導將包涵體蛋白在變性條件下固定(吸附)在層析介質上,一般用各種Sepharose FF離子交換層析介質。而且無需大量稀釋樣品,並將復性和初純化合二為一,大大節省時間及提高回收率。
固相復性方法也被用於以HiTrap Chelating金屬螯合層析直接復性及純化包涵體形式表達的組氨酸融合蛋白;以HiTrap Heparin肝素親和層析直接復性及純化包涵體形式表達的含多個賴氨酸的融合蛋白。兩種親和層析預裝柱均可反復多次重復使用,比一般試劑盒更方便、耐用。
11.純化——中草葯有效成分
中葯的化學成分極其復雜。例:如用甲醇分離黃酮甙,三糖甙先被洗下來,二糖甙其次,單糖甙隨後,最後是甙元。Sephadex LH-20可使用水、醇、丙酮、氯仿等各種試劑,廣泛用於各種天然產物的分離,包括生物鹼、甙、黃酮、醌類、內脂、萜類、甾類等。
生物鹼在酸性緩沖液中帶正電,成為鹽,HiTrap SP陽離子交換層析柱可以分離許多結構非常近似的生物鹼。相反,黃酮、蒽醌、皂甙、有機酸等可溶於偏鹼的緩沖液中,在HiTrap Q陰離子交換柱上分離效果良好。
一般多糖純化大多使用分子篩如Sephadex,Sephacryl.若分子量在600KD以下,並需更高解析度,可選擇新一代的Superdex.一般植物可能含水溶性、酸溶性、鹼溶性多種多糖。SOURCE5、15、30RPC反相層析也很適合各種中葯有效成分的檢測、分離和放大制備。由於中葯的成分非常復雜,SOURCE反相層析可用范圍為PH1-14 ,並可用1M NaOH,1M HCL清洗、再生。比傳統硅膠反相層析更易於工藝優化及在位清洗,壽命也更長。
12.純化——肽類
肽類的來源有天然萃取,合成肽和重組肽三種。肽容易被酶降解,但可從有機溶劑或促溶劑中復性,所以多以高選擇性的反相層析如SOURCE 30RPC、SOURCE 15RPC、SOURCE 5RPC或離子交換Minibeads、Monobeads作純化。Superdex Peptide HR是專為肽分子純化設計的凝膠過濾預裝柱,能配合反相層析做出更精美的肽圖。肽分子制備可用離子交換配合凝膠過濾Superdex 30 PG。醫學都市多功能
13.純化——核酸、病毒
核酸的純化用於去除影響測序或PCR污染物等研究。核酸可大致上分為質粒DNA、噬菌體DNA和PCR產物等。病毒也可視作核酸大分子,和質粒DNA一樣,可用分離大分子的Sephacry S-1000 SF、Superose或Sepharoce 4FF凝膠過濾介質去除雜蛋白,再配合離子交換如Mono Q、 SOURCE Q分離核酸。
14.純化——寡核苷酸寡酸苷酸
多應用在反義(anti-sense)DNA、RNA測序、PCR和cDNA合成等研究。合成後含三苯甲基的寡核苷酸以陰離子交換的Mono Q或快速低反壓的SOURCE Q在PH12下可除副產物,並避免凝集和保護基的脫落。載量大大高過反相層析,可用做大量制備。不含三苯甲基的失敗序列可用反相柱ProRPC去除。
15.脫鹽、小分子去除
使用凝膠過濾介質Sephadex G10,G15,G25,G50等去除小分子,效率高,處理量可達床體積30%.只需在進樣後收集首1/3-1/2柱體積的洗脫液,HiPrep Desalting(26ml)可在數分鍾為多至10ml樣品脫鹽。
16.疫苗純化
使用凝膠過濾介質Sepharose 4FF純化疫苗,去除培養基中的雜蛋白,處理量可大於床體積10%.柱高一般40-70cm,整個過程約半至一小時。使用此法生產的疫苗品種有乙肝、狂犬、出血熱、流感、肺結核、小兒麻痹疫苗等。分子量較小的疫苗可使用Sephacryl S-500HR,如甲肝疫苗等。
17.抗生素聚合物分析
中國葯典從2000年版起要求抗生素頭孢曲松鈉需要找出聚合物占產品的白分比,規定使用Sephadex G10凝膠過濾法測定。
18.純化-基因治療用病毒載體
SORRCE 15Q
19.純化-基因治療用質粒
Q Sepharose XL,SOURCE 15Q,STREAMLINE Q,Sephacryl S500,Plasmidselect 在下游純化中,可應用不同層析技術在純化生物分子的同時,去除各種污染物。 1.去除——內毒素
內毒素又稱熱原。含脂肪A、糖類和蛋白,是帶負電的復合大分子。
內毒素的脂肪A部份有很強的疏水性。但在高鹽下會凝集,無法上疏水層析。利用疏水層析試驗盒(17-1349-01)可選擇結合目標蛋白的介質而去除內毒素。
內毒素與陰離子交換介質Q或DEAE Sepharose Fast Flow有較強結合。可在洗脫目標蛋白後用高鹽緩沖液或NaOH去除。
利用CNBr或NHS Sepharose FF可偶聯內毒素底物如LAL,PMB,自動成親合層析介質結合內毒素。內毒素經常是多聚體,凝膠過濾層析可有效地將之去除。
2.去除——蛋白中的核酸
大量核酸增加樣本黏度,令區帶擴張,反壓增加,降低解析度和流速。葯審和食檢對核酸含量也有嚴格限制。
胞內表達蛋白的核酸問題尤其嚴重。核酸帶陰電荷,在初步純化時利用陽離子交換介質如STREAMLINESP,SP Sepharose Big Beads,SP或CM Sepharose FF,SP SepharoseXL結合目標蛋白,可除去大量核酸。
核酸在高鹽下會和蛋白解離,疏水層析介質很適合用來結合目標蛋白,在純化蛋白的同時去除核酸。
利用核酸酶將核酸切成小片斷,用凝膠過濾做精細純化時便很容易去除了。
3.去除——病毒和微生物
病毒和微生物可成為病原,應盡量減除。結合不同層析技術,使用注射用水,用NaOH定期進行儀器和凝膠的在位消毒和在位清洗,皆可避免污染物增加。
病毒大都有脂外殼。可用與目標蛋白電荷相反的S/D(solvent/detergent)處理,使病毒失活,如Triton和Tween.再用適當的離子交換介質如CM Sepharose FF結合目標蛋白,去除S/D.
其它污染物可以改變pH和離子強度使其從目標分子中解離或失活,凝膠過濾介質Superdex及多種吸附性介質,SOURCE都是很好的精細純化介質,可去除多種微量污染物。 凝膠是指顆粒大小在1埃到10埃之間的混合物。高分子溶液和某些溶膠,在適當的條件下,整個體系會轉變成一種彈性的半固體狀態的稠厚物質,失去流動性。這種現象稱為膠凝作用,所形成的產物叫做凝膠或凍膠.
「氣凝膠」是指分散系為氣態的,如:雲,霧等,「固凝膠」有煙水晶等,「液凝膠」就是呈液態的膠體,如氫氧化鐵膠體 。
❷ 如何進行蛋白超濾設備選型
如何進行蛋白超濾設備選型?在分離分析特別是蛋白質分離分析中,層析是相當重要、且相當常見的一種技術,其原理較為復雜,對人員的要求相對較高,這里只能做一個相對簡單的介紹。
一、 吸附層析
1、 吸附柱層析
吸附柱層析是以固體吸附劑為固定相,以有機溶劑或緩沖液為流動相構成柱的一種層析方法。
2、 薄層層析
薄層層析是以塗布於玻板或滌綸片等載體上的基質為固定相,以液體為流動相的一種層析方法。這種層析方法是把吸附劑等物質塗布於載體上形成薄層,然後按紙層析操作進行展層。
3、 聚醯胺薄膜層析
聚醯胺對極性物質的吸附作用是由於它能和被分離物之間形成氫鍵。這種氫鍵的強弱就決定了被分離物與聚醯胺薄膜之間吸附能力的大小。層析時,展層劑與被分離物在聚醯胺膜表面競爭形成氫鍵。因此選擇適當的展層劑使分離在聚醯胺膜表面發生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的連續過程,就能導致分離物質達到分離目的。
二、 離子交換層析
離子交換層析是在以離子交換劑為固定相,液體為流動相的系統中進行的。離子交換劑是由基質、電荷基團和反離子構成的。離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應主要以離子交換方式進行,或藉助離子交換劑上電荷基團對溶液中離子或離子化合物的吸附作用進行。`
三、 凝膠過濾
凝膠過濾又叫分子篩層析,其原因是凝膠具有網狀結構,小分子物質能進入其內部,而大分子物質卻被排除在外部。當一混合溶液通過凝膠過濾層析柱時,溶液中的物質就按不同分子量篩分開了。
四、 親和層析
親和層析的原理與眾所周知的抗原一抗體、激素一受體和酶一底物等特異性反應的機理相類似,每對反應物之間都有一定的親和力。正如在酶與底物的反應中,特異的廢物(S')才能和一定的酶(E)結合,產生復合物(E-S')一樣。在親和層析中是特異的配體才能和一定的生命大分子之間具有親和力,並產生復合物。而親和層析與酶一底物反應不同的是,前者進行反應時,配體(類似底物)是固相存在;後者進行反應時,底物呈液相存在。實質上親和層析是把具有識別能力的配體L(對酶的配體可以是類似底物、抑制劑或輔基等)以共價鍵的方式固化到含有活化基團的基質M(如活化瓊脂糖等)上,製成親和吸附劑M-L,或者叫做固相載體。而固化後的配體仍保持束縛特異物質的能力。因此,當把圍相載體裝人小層析柱(幾毫升到幾十毫升床體積)後,讓欲分離的樣品液通過該柱。這時樣品中對配體有親和力的物質S就可藉助靜電引力、范德瓦爾力,以及結構互補效應等作用吸附到固相載體上,而無親和力或非特異吸附的物質則被起始緩沖液洗滌出來,並形成了第一個層析峰。然後,恰當地改變起始緩沖 液的PH值、或增加離子強度、或加人抑③劑等因子,即可把物質S從固相載體上解離下來,並形成了第M個層析峰(見圖6-2)。顯然,通過這一操作程序就可把有效成分與雜質滿意地分離開。如果樣品液中存在兩個以上的物質與固相載體具有親和力(其大小有差異)時,採用選擇性緩沖液進行洗脫,也可以將它們分離開。用過的固相載體經再生處理後,可以重復使用。
上面介紹的親和層析法亦稱特異性配體親和層析法。除此之外,還有一種親和層析法叫通用性配體親和層析法。這兩種親和層析法相比,前者的配體一般為復雜的生命大分子物質(如抗體、受體和酶的類似底物等),它具有較強的吸附選擇性和較大的結合力。而後者的配體則一般為簡單的小分子物質(如金屬、染料,以及氨基酸等),它成本低廉、具有較高的吸附容量,通過改善吸附和脫附條件可提高層析的解析度。
五、 聚焦層析
聚焦層析也是一種柱層析。因此,它和另外的層析一樣,照例具有流動相,其流動相為 多緩沖劑,固定相為多緩沖交換劑。
聚焦層析原理可以從PH梯度溶液的形成、蛋白質的行為和聚焦效應三方面來闡述。
1、PH梯度溶液的形成
在離子交換層析中,PH梯度溶液的形成是靠梯度混合儀實現的。例如,當使用陰離子 劑進行層析時,制備PH由高到低呈線性變化的梯度溶液的方法是,在梯度儀的混合室(這層析柱者)中裝高PH溶液,而在另一室裝低PH極限溶液,然後打開層析柱的下端出口,讓洗脫液連續不斷地流過柱體。這時從柱的上部到下部溶液的PH值是由高到低變化的。而在聚焦層析中,當洗脫液流進多緩沖交換劑時,由於交換劑帶具有緩沖能力的電荷基團,故PH梯度溶液可以自動形成。例如,當柱中裝陰離子交換劑PBE94(作固定相)時,先用起始緩沖液(配方見表了一2)平衡到PHg,再用含PH6的多緩沖劑物質(作流動相)的淋洗液通過柱體,這時多緩沖劑中酸性最強的組分與鹼性陰離子交換對結合發生中和作用。隨著淋洗液的不斷加人,住內每點的PH值從高到低逐漸下降。照此處理J段時間,從層析柱頂部到底部就形成了PH6~9的梯度。聚焦層析柱中的PH梯度溶液是在淋洗過程中自動形成的,但是隨著淋洗的進行,PH梯度會逐漸向下遷移,從底部流出液的PH卻由9逐漸降至6,並最後恆定於此值,這時層析柱的PH梯度也就消失了。
2.蛋白質的行為
蛋白質所帶電荷取決於它的等電點(PI)和層析柱中的PH值。當柱中的PH低於蛋白質的PI時,蛋白質帶正電荷,且不與陰離於交換劑結合。而隨著洗脫劑向前移動,固定相中的PH值是隨著淋洗時間延長而變化的。當蛋白質移動至環境PH高於其PI時,蛋白質由帶正電行變為帶負電荷,並與陰離子交換劑結合。由於洗脫劑的通過,蛋白質周圍的環境PH 再次低於PI時,它又帶正電荷,並從交換劑解吸下來。隨著洗脫液向柱底的遷移,上述過程將反復進行,於是各種蛋白質就在各自的等電點被洗下來,從而達到了分離的目的。
不同蛋白質具有不同的等電點,它們在被離子交換劑結合以前,移動之距離是不同的,洗脫出來的先後次序是按等電點排列的。
供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白(即胎白)通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的,該工藝流程硫酸銨耗量大,能源消耗多,操作時間長,透析過程易產生污染。改用超濾工藝後,平均回收率可達97.18%;吸附損失為1.69%;透過損失為1.23%;截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量,每年可節省硫酸銨6.2噸,自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。
隨著現代生物技術的發展, 通過基因工程生產蛋白質葯物在治療人類面臨的重大疾病如癌症等方面展示出巨大的潛力. 為滿足生物技術產品工業化生產的需要, 開發高通量、低成本、高效的分離純化方法已引起人們的高度關注. 超濾技術由於具有通量高, 操作條件溫和, 易於放大等特點, 特別適合生物活性大分子的分離. 在生物技術領域, 超濾技術目前已廣泛應用於細胞收集分離、除菌消毒、緩沖液置換、分級( fract ionatio n) 、脫鹽及濃縮[ 1] . 近年來越來越多的研究表明, 通過選擇適當的膜或膜表面改性,以及對分離過程進行優化, 充分利用和調控膜—蛋白質以及蛋白質—蛋白質之間的靜電相互作用, 可以實現分子量相近的兩種蛋白質的高選擇性超濾分離[2- 7] .
為克服常規蛋白質超濾分離過程優化中存在的實驗蛋白質消耗多、工作量大、費時以及費用高等缺點, 我們相繼開發了脈沖進樣技術( Pulsed sampleinject ion technique ) [8]和參數連續變化超濾技術( Parameter scanning ultraf ilt ration) [9]. 並以此為基礎, 結合載體相超濾技術( Carrier phase ult rafil—t rat ion) [10]進一步提出了一種蛋白質超濾分離快速優化新方法[11], 實現了人血漿白蛋白—免疫球蛋白[12]、人源化單克隆抗體( A lemtuzumab) 單體— 二聚體[13]的超濾分離過程快速優化和高選擇性分離,並在膜的篩選及其適用性快速評估方面展現出巨大的潛力. 該方法的主要特徵是與AKTA Prime 系統聯用, 採用脈動進樣技術顯著減少了蛋白質的用量;而利用雙緩沖體系( 類似梯度洗脫) 的參數連續變化超濾技術, 在pH 或離子強度連續變化的情況下考查pH 或離子強度對蛋白質透過率或截留率的影響, 進一步縮短了實驗時間, 降低了蛋白質的用量,極大地減少了實驗量, 加快了過程優化進程; 另外,載體相超濾技術的應用則可保證超濾分離自始至終在設定的條件下進行, 從而最大限度地保證超濾過程的穩定性.
2012-02-25
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❸ 跪求實驗方案急。關於植物小分子多肽的提取分離和分析 最好用到高效液相提取的
多肽類化合物廣泛存在於自然界中,其中對具有一定生物活性的多肽的研究,一直是葯物開發的一個主要方向。生物體內已知的活性多肽主要是從內分泌腺組織器官、分泌細胞和體液中產生或獲得的,生命活動中的細胞分化、神經激素遞質調節、腫瘤病變、免疫調節等均與活性多肽密切相關。隨著現代科技的飛速發展,從天然產物中獲得肽類物質的手段也不斷得到提高。一些新方法、新思路的應用。不斷有新的肽類物質被發現應用於防病治病之中。本文介紹了近幾年肽類物質分離、分析的主要方法研究進展。
1 分離方法
採取何種分離純化方法要由所提取的組織材料、所要提取物質的性質決定。對蛋白質、多肽提取分離常用的方法包括:鹽析法、超濾法、凝膠過濾法、等電點沉澱法、離子交換層析、親和層析、吸附層析、逆流分溶、酶解法等。這些方法常常組合到一起對特定的物質進行分離純化,同時上述這些方法也是蛋白、多肽類物質分析中常用的手段,如層析、叫泳等。
1.1 高效液相色譜(HPLC)
HPLC的出現為肽類物質的分離提供了有利的方法手段,因為蛋白質、多肽的HPLC應用與其它化合物相比,在適宜的色譜條件下不僅可以在短時間內完成分離目的,更重要的是HPLC能在制備規模上生產具有生物活性的多肽。因此在尋找多肽類物質分離制備的最佳條件上,不少學者做了大量的工作。如何保持多肽活性、如何選擇固定相材料、洗脫液種類、如何分析測定都是目前研究的內容。
1.1.1 反相高效液相色譜(RP-HPLC)
結果與保留值之間的關系:利用RP-HPLC分離多肽首先得確定不同結構的多肽在柱上的保留情況。為了獲得一系列的保留系數,Wilce等利用多線性回歸方法對2106種肽的保留性質與結構進行分析,得出了不同氨基酸組成對保留系數影響的關系,其中極性氨基酸殘基在2~20氨基酸組成的肽中,可減少在柱上的保留時間;在10~60氨基酸組成的肽中,非極性氨基酸較多也可減少在柱上的保留時間,而含5~25個氨基酸的小肽中,非極性氨基酸增加可延長在柱上的保留時間。同時有不少文獻報道了肽鏈長度、氨基酸組成、溫度等條件對保留情況的影響,並利用計算機處理分析得到每種多肽的分離提取的最佳條件。
肽圖分析(Peptide Mapping):肽圖分析是根據蛋白質、多肽的分子量大小以及氨基酸組成特點,使用專一性較強的蛋白水解酶[一般未肽鏈內切酶(endopeptidase)]作用於特殊的肽鏈位點將多肽裂解成小片斷,通過一定的分離檢測手段形成特徵性指紋圖譜,肽圖分析對多肽結構研究合特性鑒別具有重要意義。利用胰蛋白酶能特意性作用於Arg和Lys羧基端的肽鏈的性質,通過RP-HPLC法採用C18柱檢測了重組人生長激素特徵性胰肽圖譜。同時胰島素的肽圖經V8酶專一裂解也製得,並可鑒別僅相差一個氨基酸殘疾的不同種屬來源的胰島素。人類腫瘤壞死因子的單克隆抗體結構也應用酶解法及在線分析技術確定了肽圖,便於鑒定分析。此項技術已經在新葯開發中得到廣泛應用。
1.1.2 疏水作用色譜(Hydrophobic interaction chromatogrphy,HIC)
HIC是利用多肽中含有疏水基因,可與固定相之間產生疏水作用而達到分離分析的目的,其比RP-GPLC具有較少使多肽變性的特點。利用GIC分離生產激素(GH)產品的結構與活性比EP-GPLC分離的要穩定,活性較穩定。Geng等利用HIC柱的低變性特點,將大腸桿菌表達出的經鹽酸胍乙啶變性得到人重組干擾素-γ。通過HIC柱純化、折疊出高生物活性的產品。不同人尿表皮生長因子(EGF)也利用HIC純化到了,均具有良好的生物活性。HIC可將未經離子交換柱的樣品純化。而RP-HPLC則不能達到這一要求。
1.1.3 分子排阻色譜(Sizs-Exclusion chromatogrphy,SEC)
SEC是利用多肽分子大小、形狀差異來分離純化多肽物質,特別對一些較大的聚集態的分子更為方便,如人重組生長激素(hgH)的分離,不同結構、構型的GH在SEC柱上分離行為完全不同,從而可分離不同構型或在氨基酸序列上有微小差異的變異體,利用SEC研究修飾化的PEG的分離方法,此PEC具有半衰期長、作用強的特點。一些分子量較大的肽或蛋白均可利用此法分離分析。
1.1.4離子交換色譜(Iron-Exchange chromatography,IEXC)
IEXC可在中性條件下,利用多肽的帶電性不同分離純化具有生物活性的多肽。其可分為陽離子柱與陰離子柱兩大類,還有一些新型樹脂,如大孔型樹脂、均孔型樹脂、離子交換纖維素、葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠樹脂等。在多肽類物質的分離分析研究中,對多肽的性質、洗脫劑、洗脫條件的研究較多,不同的多肽分離條件有所不同,特別是洗脫劑的離子強度、鹽濃度等對純化影響較大。Wu等報道利用離子交換柱層析法,探討分離牛碳酸酐異構體和牛血清白蛋白、雞血清白蛋白酶的提取條件,獲得了有價值的數據供今後此類物質分離研究。
1.1.5膜蛋白色譜(Chromatography of Membrane Protein,CMP)
CMP+分離強蔬水性蛋白、多肽混合物的層析系統,一般有去垢劑(如SDS)溶解膜蛋白後形成SDS-融膜蛋白,並由羥基磷灰石為固定相的柱子分離純化。羥基磷灰石柱具有陰離子磷酸基團(P-端),又具有陽離子鈣(C-端),與固定相結合主要決定於膜蛋白的大小、SDS結合量有關。利用原子散射法研究cAMP的分離機制發現,樣品與SDS結合後在離子交換柱上存在SDS分子、帶電荷氨基酸與固定相中帶電離子間的交換,從而達到分級分離的目的。
1.1.6高效置換色譜(High-Performance Displacement Chromatography,HPDC)
HPDC是利用小分子高效置換劑來交換色譜柱上的樣品,從而達到分離的目的。它具有分離組分含量較少成分的特性。利用HPDC鑒定分離了低於總量1%組分的活性人重組生長激素(rHG )。在研究非毒性交換劑時Jayarama發現硫酸化葡萄糖(Detran Sulfate,DS)是對β乳球蛋白A和B的良好置換劑,一般DS的相對分子質量為1×104和4×104最宜。研究表明置換劑的相對分子質量越低,越易於與固定相結合,因此在分離相對分子質量小的多肽時,需要更小的置換劑才能將其置換純化出來。
1.1.7 灌注層析(Perfusion Chromatography,PC)
PC是一種基於分子篩原理與高速流動的流動相的層析分離方法,固定相孔徑大小及流動相速度直接影響分離效果。試驗證明其在生產、制備過程中具有低投入、高產出的特性。目前市場上可供應的PC固定相種類較多,適合於不同分子量的多肽分離使用。
1.2 親和層析(Affinity Chromatography,AC)
AC是利用連接在固定相基質上的配基與可以和其特異性產生作用的配體之間的特異親和性而分離物質的層析方法。自1968年Cuatrecasas提出親和層析概念以來,在尋找特異親和作用物質上發現了許多組合,如抗原-抗體、酶-催化底物、凝集素-多糖、寡核苷酸與其互補鏈等等。對多肽類物質分離目前主要應用其單抗或生物模擬配基與其親和,這些配基由天然的,也有根據其結構人工合成的。Patel等人利用一系列親和柱分離純化到了組織血漿纖維蛋白酶原激活劑蛋白多肽。
固定金屬親和層析(Immobilized Metal Affinity Chromatography.LMAC)是近年來發展起來的一種親和方法。其固定相基質上鰲合了一些金屬離子,如Cu2+、Ni2+、Fe3+等,此柱可通過配為鍵鰲合側鏈含有Lys、Met、Asp、Arg、Tyr、Glu和His的多肽,特別是肽序列中含有His-X-X-X-His的結構最易結合到金屬離子親和柱上,純化效果較好。其中胰島素樣生長因子(Insylin Like Growth Factor,IGF)、二氫葉還原酶融合蛋白等均用此方法分離到純度較高的產品。
Chaiken等人報道了另一種親和層析方法,利用反義DNA表達產生,其與正鏈DNA表達產生的肽或蛋白具有一定的親和性,如Arg加壓素受體復合物,已用此法分離得到。DNA與蛋白、多肽復合物之間的作用也是生物親和中常用的方法。將人工合成的寡核苷酸結合在固定相基質上,將樣品蛋白或多肽從柱中流過,與之結合可達到分離特定結構多肽的目的。
1.3 毛細管電泳(Capillary electrophoresis,CE)--分離分析方法
CE是在傳統的電泳技術基礎上於本世紀60年代末由Hjerten發明的,其利用小的毛細管代替傳統的大電泳槽,使電泳效率提高了幾十倍。此技術從80年代以來發展迅速,是生物化學分析工作者與生化學家分離、定性多肽與蛋白類物質的有利工具。CE根據應用原理不同可分為以下幾種;毛細管區帶電泳Capillary Zone electrophoresis,CZE)、毛細管等電聚焦電泳(Capillary Isoeletric Focusing,CIEF)毛細管凝膠電泳(CapillaryGelElectrophoresis,CGE)和膠束電動毛細管層析(Micellar Electokinetic Electrophoresis Chromatorgraphy,MECC)等。
1.3.1 毛細管區帶電泳(Capillary Zone Electrophoresis,CZE)
CZE分離多肽類物質主要是依據不同組分中的化合物所帶電性決定,比傳統凝膠電泳更准確。目前存在於CZE分離分析多肽物質的主要問題是天然蛋白或肽易與毛細管硅膠柱上的硅醇發生反應,影響峰形與電泳時間,針對這些問題不少學者做了大量實驗進行改進,如調節電池泳液的PH值,使與硅醇反應的極性基團減少;改進毛細管柱材料的組成,針對多肽性質的不同採取不同的CZE方法研究分離5個含9個氨基酸殘基的小肽,確定了小肽分析的基本條件,即在低PH條件下,緩沖液中含有一定濃度的金屬離子如Zn2+等,此時分離速度快而且准確。
1.3.2細管等電聚電泳(Capillary Isleletric Focusing,CIEF)
由於不同的蛋白、多肽的等電點(PI)不同,因此在具有不同pH梯度的電泳槽中,其可在等電點pH條件下聚集沉澱下來,而與其他肽類分離開來。CIEF在分離、分析混合多肽物質中應用不多,主要應用與不同來源的多肽異構體之間的分離,如對rHG不同異構體分離。由於在CIEF柱表面覆蓋物的不穩定性限制了此法的廣泛應用。
1.3. 3毛細管凝膠電泳 (Capillary Gel Electrophoresis,CGE)
CGE是基於分子篩原理,經十二烷基磺酸鈉(SDS)處理的蛋白或多肽在電泳過程中主要靠分子形狀、分子量不同而分離。目前,又有一種非交聯歡、線性、疏水多聚凝膠柱被用於多肽物質的分離分析,此電泳法適於含疏水側鏈較多的肽分離,這種凝膠易於灌注,使用壽命長,性質較為穩定。
1.3.4膠束電動毛細管層析(Micellar Electrokinetic Electorphoresis Chromatography, MECC)
MECC的原理是在電泳液中加入表面活性劑,如SDS,使一些中性分子帶相同電荷分子得以分離。特別對一些小分子肽,陰離子、陽離子表面活性劑的應用都可使之形成帶有一定電荷的膠束,從而得到很好的分離效果。有文獻報道在電解液中加入環糊精等物質,可使用權含疏水結構組分的多肽選擇性與環糊精的環孔作用,從而利用疏水作用使多肽得到分離。
1.4多肽蛋白質分離工程的系統應用
以上提到的分離多肽的技術在實際應用過程中多相互結合,根據分離多肽性質的不同,採用不同的分離手段。特別是後基因組時代,對於蛋白質組深入的研究,人們對於分離多肽及蛋白質的手段不斷改進,綜合利用了蛋白質和多肽的各種性質,採用包括前面提到的常規蛋白多肽提取方法,同時利用了高效液相色譜,毛細管電泳,2-D電泳等手段分離得到細胞或組織中盡可能多的蛋白多肽。在蛋白質組學研究中系統應用蛋白和多肽分離鑒定的技術在此研究中即是分離手段也是分析方法之一。特別是以下提到的質譜技術的發展,大大的提高了蛋白多肽類物質的分析鑒定的效率。
2 分析方法
2.1 質譜分析(Mass Spectrometry, MS)
MS在蛋白、多肽分析中已經得到了廣泛應用,特別是在分離純化後的在線分析中,MS的高敏性、快速性特別適合多肽物質分析鑒定。其中連續流快原子轟擊質譜(Continuous-Flow Fast Atom Bombardment, cf-FAB)和電霧離子化質譜(Electrospray Ionization, EIS)是近幾年發展起來的新方法。
2.1.1連續流快原子轟擊質譜(Continuous-Flow Fast Atom Bombardment, cf-FAB)
cf-FAB是一種弱離子化技術,可將肽類或小分子量蛋白離子化成MH+或(M-H)形式。主要應用於肽類的分離檢測,其具有中等解析度,精確度大於+0.2amu,流速一般在0.5-1.5μl·Ml-1。在測定使流動相需加0.5%-10%基質如甘油和高有機溶劑成分,使樣品在檢測探針處達到敏感化。cf-FAB常與HPLC、CEZ等方法結合使用達分離分析的目的,許多多肽的cf-FAB分析方法已經建立,並得到很好的應用。如Hideaki等利用此法研究L-Pro、L-Ala的四肽化合物系列。證明L-Pro在保持小肽構相穩定性。連接分子方面具有重要意義。
2.1.2 電霧離子化質譜(Electrospray Ionozation,EIS)
EIS可產生多價離子化的蛋白或多肽,允許相對分子質量達1×105蛋白進行分析,解析度在1500-2000amu。精確度在0.01%左右。EIS更適合相對分子質量大的蛋白質的在線分析,且需要氣化或有機溶劑使樣品敏感化。利用EIS與HPLC聯合分離分析GH和血紅蛋白均獲成功,其也可與CEZ聯合應用。
2.1.3 基質輔助激光解析/離子化-飛行時間質譜(Matrix-associated laser disso-ciation/ionization time of flight mass spectrmtry,MALDI-TOF MS)
MALDI-TOF是目前蛋白質鑒定中精確測定測定分子質量的手段,特別適合對混合蛋白多肽類物質的相對分子質量的測定,靈敏度和解析度均較高。它是目前蛋白質組學研究的必備工具。同時結合液相色譜的聯用技術可以高效率的鑒定多肽物質。特別是當各種原理的質譜技術串聯應用時,不但可以得到多肽的相對分子質量信息,還可以測定它的序列結構,此項技術將在未來蛋白質組學研究中起到決定性作用。
2.2 核磁共振(Nuclear Magnetic resonance,NMR)
NMR因圖譜信號的純數字化、過度的重疊范圍過寬(由於相對分子質量太大)核信號弱等原因,在蛋白、多肽物質的分析中應用一直不多。隨著二維、三維以及四維NMR的應用,分子生物學、計算機處理技術的發展,使NMR逐漸成為此類物質分析的主要方法之一。NMR可用於確定氨基酸序列、定量混合物中的各組分組成含量等分析中。但要應用於蛋白質分析中仍有許多問題需要解決,例如,如何使分子量大的蛋白質有特定的形狀而便於定量與定性分析,如何減少數據處理的時間問題等。這些問題多有不少學者在進行研究。雖然在蛋白質分析中應用較少,NMR在分析分子中含少於30個氨基酸的小肽時是非常有用的,可以克服上述蛋白質分析中的缺點而達到快速准確分析的目的。
2.3 其他
除上述方法之外,氨基酸組成分析、氨基酸序列分析、場解析質譜、IR、UV光譜、CD、圓而色譜、生物鑒定法、放射性同位素標記法及免疫學方法等都已應用於多肽類物質的結果鑒定、分析檢測之中。
以上簡要的介紹了近幾年多肽物質分離、分析的常用方法及最新研究方向。隨著科學技術水平的不斷發展,會有許多更新的分離分析手段不斷涌現,因此這一領域的研究具有廣闊的前景。
應用SDS-PAGE顯示小分子多肽
SDS-PAGE在分離、鑒定和純化蛋白質方面有著廣泛應用,其有效分離范圍取決於聚丙烯醯胺的濃度和交聯度,其孔徑隨著雙丙烯醯胺與丙烯醯胺比率的增加而減小,比率接近於1:20時,孔徑達到最小值。分子量低於10kD的小分子肽類,即使用較高濃度的聚丙烯醯胺凝膠的SDS-PAGE也不能完全分離,或是顯不出色,或是顯帶較弱,帶型彌散。且分子量越小,效果也越差。
為了能在SDS-PAGE上顯示測定小分子量的多肽,通常採取兩種方法:一是增加凝膠的濃度和交聯度,在制膠時加入一些可以降低聚丙烯醯胺凝膠網限孔徑的溶質分子,使用尿素、甘油或蔗糖等物質;二是選擇緩沖液中的拖尾離子的種類和濃度以達到改善多肽的分離效果。
操作步驟
1.電泳緩沖液的配製如下表所示
緩沖液Tris
(mol/L)Tricine
(mol/L)pHSDS
(%)
陽極緩沖液
陰極緩沖液
膠緩沖液0.2
0.1
3.0—
0.1
—8.9*
8.25**
8.4*—
0.1
0.3
* 用HCl調pH
** pH約為8.25
2.丙烯醯胺貯存液的配製
單丙-雙丙混合物單丙的百分數雙丙的百分數
49.5% T, 3%C
49.5% T, 6%C48
46.51.5
3.0
T:丙烯醯胺的總濃度
C:交聯度
3.膠的制備,與一般SDS-PAGE相似,按下表配製分離膠和濃縮膠
組 份分離膠
16% T,6%C濃縮膠
6% T,3%C
49.5% T, 3%C丙烯醯胺溶液(ml)
49.5% T, 6%C 丙烯醯胺溶液(ml)
膠緩沖液(ml)
脲(g)[甘油(ml)]
水(ml)
10%過硫酸銨(μl)
TEMED(μl)
總體積(ml)—
3.3
3.3
3.6[2.4]
1
40
4.0
10.040.48
—
1.00
—
1.50
25
2.5
3.03
4.樣品緩沖液
4% SDS
12%甘油
50mmol/L Tris
2%巰基乙醇
0.01% Serva blue
多肽樣品與樣品緩沖液混合沸煮2min(或40℃溫浴30min)。
5.將灌膠的玻璃板固定在電泳裝置上,用1%瓊脂糖封邊,倒入陰極緩沖液,依次加樣。
6.將電泳裝置放入電泳槽內,倒入陽極緩沖液,將正負極與電泳儀相接,恆電壓50~60V,待指示劑進入分離膠後,電壓可升至70~90V,恆壓約3h待指示劑走出凝膠下緣停止電泳。
7.染色、脫色及膠的保存同SDS-PAGE