鈣離子和鎂離子通過形成磷酸鹽-Ca 或磷酸鹽-Mg 橋而改變 HA 表面, 盡管最初提出是在 20 多年前,但是最近 Gorbunoff(1984a;1984b) 和 Gagnon 等(2009) 才使用 Ca-修飾的陶瓷化 HA 表面對從 Mab 和 Fc 抗體組分中純化 Fab 進行改進。這些研究表明,在經過 20 個柱體積的較低濃度磷酸鹽緩沖液的處理之后,Ca-修飾的陶瓷化 HA 可以恢復天然形式。
如
Krane 和 Glimcher(1962) 所述,HA 同樣具有高度的焦磷酸鹽(pyrophosphate,PR)
和多聚磷酸鹽親和力。在無水的磷酸二氫鈉和憐酸氫二鈉中,PH
是一種污染物,而且對于相應的兩種鉀鹽來說或許也是一種污染物。相對于^^八對蛋白質的吸附與解吸附,磷酸鹽緩沖液中存在的 PR
既有優點也有缺點。如圖 24.i 所示,采用無水的磷酸鈉配制的磷酸鹽緩沖液對牛血清白蛋白、卵清蛋白、胰凝乳蛋白酶原又和細胞色素 c 進行分離。圖
24,2 所示為采用 Na2 HPO347 氏 o 和 NaHJO4 h2o
配制的磷酸鈉緩沖液進行上述蛋白質的分離。用于層析柱的憐酸鈉緩沖液是采用無水磷酸鈉配制的,且進行了 4 個程序的循環以盡量降低 PR 的影響 (圖
24.1)。PPi 有助于 ha
對蛋白質的層析分離,尤其是對于一些弱吸附的蛋白質。然而,我們還必須謹慎操作,保證在所有的實驗間高階磷酸鹽的水平均保持一致,以避免人為失誤。
多次使用后,金屬物質的累積會導致層析柱褪色。褪色原因可見于牙齒研究者對齲齒的研究、醫學研究者對骨骼完整性研究和組織液處理人造骨骼或尸體植入 (cadaverimplant) 的研究以及材料科學家對土壤污染物和金屬吸附的檢測。
依據 Shepard 等 (2000) 的研究,在進行若干個重組蛋白純化循環后, 陶瓷化 HA 層析柱會發生褪色。其層析工藝中,陶瓷化 HA 柱層析是繼陽離子交換和陰離子交換層析之后的第 3 個步層析。他們得出的結論是,使陶瓷化 HA 褪色的金屬物質有多種來源: 工藝用設備、試劑、水及發酵營養物。然而,層析柱褪色不會影響它們對于重組蛋白的純化。
農學家解釋為 HA 會優先吸附多價金屬(Maetal.,1 即 4),并且證實 HA 對二價重金屬具有高吸附力。在陶瓷化 HA 層析柱褪色的過程中可以觀察到很多這種金屬物質,尤其是 Fe、Al、Zn 和 Mn。
層析過程中會使用大量的緩沖液,
這會使層析柱的頂端產生空隙或者在 HA 中形成通道。HA 的溶解度常量為 2.4XKT59,相當于約 4ppm。磷酸根離子和堿性 pH 抑制
HA 的溶解。然而,HA 可以從非常稀的溶液中吸附蛋白質, 如 Immol/L(pH6.8) 磷酸鹽緩沖液,并且可以是無緩沖能力的堿性金屬溶液,
通常為 Immol/L 的 NaCl、KCl 或兩性離子緩沖液。Schirch 等(W85) 證實某些酸性蛋白質僅在水中被吸附。正如
Scopes(1993) 所解釋的,較低的無緩沖載荷條件可降低對 HA 表面 pH 的控制。研究者們 (Schroderetal.,2003)
指出,可以在磷酸鹽緩沖液中使用 4-X#氧氮己環丙磺酸 (4-morpholinepropanesulfonicacid,MES)
來保持磷酸鹽洗脫,同時還能夠維持上樣緩沖液和洗脫緩沖液的 pH。然而,即使使用磷酸鹽抑制 HA 的溶解,但其溶解性仍是一個危險因素。例如,采用
2*0 mmol/L、pH6.5 的磷酸鈉平衡層析柱,并用平衡緩沖液上樣,繼而在 20 mmol/L 磷酸鈉緩沖液中增加 NaCl
濃度進行連續洗脫。如此不斷循環后,層析柱中會形成空隙并且壓力增加。這些空隙和產生的壓力是由于 HA 受到了化學損傷,這主要是 HA
表面積累的水合氫離子的解離導致的。圖 24.3 所示為流出液的 PH 變化以及水合氫離子吸附 (A 和 B) 和解吸附吸附 (C 和 D)
區域。
Harding 等(2005) 認為水合氫離子的吸附與解吸附是 HA 電荷零點(zeropointcharge) 發揮作用。并且研究 (SkartsilaandSpanos,2007) 證明了電荷零點、pH、水合氫離子吸附與解吸附和鈣離子含量間的關系。Skartsila 和 Spanos 所測得的電荷零點并不一致,分別為 7.3±0.1 和 6.5±0.2。這些研究同時還解釋了輸人緩沖液的 pH 與柱后流出液 pH 偏差間的區別。可以如此合理假設: 改變輸入緩沖液的 PH 或提高其緩沖能力,能夠降低 pH 變化的強度,同時也可能縮短該變化所持續的時間。然而,先前已經提到,當磷酸鹽的濃度太髙時,有些蛋白質無法吸附于 HA。如一些工藝開發工程師指出的,在某些情況下,即使 5 mmol/L 的磷酸鹽都能夠抑制蛋白質的吸附 (McCueetal.,2007)。