Downstream(下游)與上游相對的概念,一般而言,上游指基因克隆、細胞培養等目的產物表達工序,下游指從表達有目的產物的復雜的混合液中分離純化得到符合要求的目的產物的一系列步驟。美、日、歐等發達國家生物技術產品工業化的實踐證明:生物技術產品的產業化高度依賴于基因工程下游工序技術及設備的進步。
一、純化工藝常用銜接技術:
1、鹽析。常采用硫酸銨、硫酸鈉鹽析,獲得的鹽析沉淀物在低溫冰箱(<-20℃)中可以長期保存。
2、等電點沉淀。根據蛋白質、多肽在等電點時溶解度最小的特點進行。
3、有機溶劑沉淀。采用冷的丙酮、乙醇沉淀蛋白質。例如人血漿蛋白的乙醇分級沉淀。
4、透析。根據目的蛋白質、多肽的分子量,選取適宜的透析袋進行透析,可以起到更換緩沖液以及去除一些低分子雜質的目的。
5、超濾。根據目的蛋白質、多肽的分子量,選取適宜截留分子量(MWcutoff)的超濾膜進行超濾。
6、真空冷凍干燥。利用在低溫和高真空條件下,冰不經融化為液態水而直接升華為水蒸氣的原理。可以很好地濃縮樣品和保存蛋白質、多肽的生物活性。
7、變性沉淀。根據目的蛋白質、多肽對于溫度或者酸堿性的耐受性,在較高的溫度或者較極端的pH條件下處理樣品,使雜質去除的方法。例如胸腺肽制備中使用的熱變性(~80℃)去除雜蛋白。如果目的蛋白、多肽本身熱穩定性、酸堿穩定性不高則不宜采用。
8、離心沉淀。利用離心沉降力將不溶性顆粒物與溶液分離的技術,常采用高速冷凍離心機進行。
9、脫鹽。透析、超濾可用于進行脫鹽,Sephadex G25、G50常用于蛋白質脫鹽。
10、過濾
澄清過濾、除菌過濾(0.22微米膜過濾)、超濾(1000~300000道爾頓)
二、蛋白質、多肽液相色譜純化方法簡介
chromatography,色譜,層析
表1 常用的液相色譜純化方法及其原理
方法 | 分離原理 | 基于 |
凝膠過濾(GF) | 分子大小/形狀 | 分子形態 |
離子交換色譜(IEX) | 分子所帶電荷 | Asp、Glu、Lys、Arg、His等帶電 氨基酸 |
疏水作用色譜(HIC) | 表面疏水性 | Trp、Phe、Ile、Leu、Tyr、Pro、Met、Val、Ala等疏水性 氨基酸 |
金屬螯合色譜(IMAC) | 分子與金屬形成配位鍵 | His、Trp、Cys |
親和色譜 | 特異生物識別作用 | 抗原 -抗體,酶-底物,酶-抑制劑等 |
共價結合色譜 | 共價結合 | 巰基(Cys) |
1、純化的一般目標和方法
首先,自然來源或者重組表達的蛋白質經過一些粗提的步驟(例如:勻漿、離心、硫酸銨沉淀等)成為穩定的可以用于色譜分離的樣品。
然后進行捕獲色譜(capture chromatography),主要目標是濃縮和去除大量的容易去除的雜質,此步最關心的是流速和載量,常采用高載量、快流速凝膠。
經過濃縮的部分純化的樣品進行中級色譜(intermediate chromatography),目的是去除較難去除的雜質,此步最關心的是分辨率,常采用高分辨率的細顆粒凝膠。
最后為了得到符合要求的最終產品,去除殘存的雜質以及目的蛋白的多聚物或者降解片斷,進行精制色譜(polishing chromatography),常采用具有高分辨率的凝膠過濾凝膠進行凝膠過濾色譜。
2、純化前的準備工作
(1)樣品穩定性試驗
a、測定樣品在pH 2-9的穩定性;
b、測定樣品在0-4 mol/L NaCl及0-2 mol/L 硫酸銨中的穩定性;
c、測定樣品在0-50%乙醇、甲醇中的穩定性;
d、測定樣品在4-40℃的穩定性;
e、室溫下靜置過夜,測定對蛋白水解酶的穩定性。