蛋白质组学

蛋白质特性与分离纯化技术的选择

 

前言
蛋白质在组织或细胞中一般都是以复杂的混合物形式存在,每种类型的细胞都含有成千种不同的蛋白质。蛋白质的分离和提纯工作是一项艰巨而繁重的任务,到目前为止,还没有一个单独的或一套现成的方法能把任何一种蛋白质从复杂的混合物中提取出来,但对任何一种蛋白质都有可能选择一套适当的分离提纯程序来获取高纯度的制品。
蛋白质提纯的总目标是设法增加制品纯度或比活性,对纯化的要求是以合理的效率、速度、收率和纯度,将需要蛋白质从细胞的全部其他成分特别是不想要的杂蛋白中分离出来,同时仍保留有这种多肽的生物学活性和化学完整性。
能从成千上万种蛋白质混合物中纯化出一种蛋白质的原因,是不同的蛋白质在它们的许多物理、化学、物理化学和生物学性质有着极大的不同,这些性质是由于蛋白质的氨基酸的序列和数目不同造成的,连接在多肽主链上氨基酸残基可是荷正电的、荷负电的、极性的或非极性的、亲水的或疏水的,此外多肽可折叠成非常确定的二级结构(α 螺旋、β 折叠和各种转角)、三级结构和四级结构,形成独特的大小、形状和残基在蛋白质表面的分布状况,利用待分离的蛋白质与其它蛋白质之间在性质的差异,即能设计出一组合理的分级分离步骤。
可依据蛋白质不同性质与之相对应的方法将蛋白质混合物分离:
1.分子 大小
不同种类的蛋白质在分子大小方面有一定的差别,可用一些简便的方法,使蛋白质混合物得到

1.2 离心分离置换缓冲液
许多酶富集于某一细胞器 内,匀浆后离心得得到某一亚细胞成分,使酶富集10~20 倍,再对特定的酶进行纯化。差速离心,分辨率较低,仅适用于粗提或浓缩。速率区带法,如离心时间太长所有的物质都会沉淀下来,故需选择最佳分离时间,可得到相当纯的亚细胞成分用于进一步纯化,避免了差速离心中大小组分一起沉淀的问题,但容量较小,只能用于少量制备。等密度梯度离心常用的离主介质有蔗糖、聚蔗糖、氯化铯、溴化钾、碘化钠等等。


1.3 凝胶过滤
这是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一,注意使要离的蛋白质分子量落在凝胶的工作范围内。选择不同的分子量凝胶可用于脱盐、置换缓冲液及利用分子量的差异除去热源。
2.形状
蛋白质在离心通过溶液运动时,或通过膜、凝胶过滤填料颗粒或电泳凝胶中的小孔运动时,都会受到形状的影响:对两种相同质量的蛋白质而言,球状蛋白质具有较小的有效半径(斯托克半径),通过溶液沉降时遇到的摩擦力小,沉降较快而显得比其它形状的蛋白质大;反之,在体积排阻色谱时,斯托克半径较小的球状蛋白质更容易扩散进入凝胶过滤填料颗粒内部,较迟洗脱出来,因而显得比其它形状的蛋白质要小。
3.溶解度
利用蛋白质的溶解度的差别来分别各种蛋白质常用的方法。影响蛋白质溶解度的外界因素很多,其中主要有:溶液的pH、离子强度、介电常数和温度,但在同一的特定外界条件下,不同的蛋白质具有不同的溶解度。适当改变外界条件,控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度。
3.1 pH 控制和等电点沉淀
蛋白质在其等电点一般较不易溶解。
3.2 蛋白质的盐溶和盐析
3.3 有机溶剂分级法
蛋白质在不同的溶剂中的溶解度有很大不同,从基本不溶(<10μg/ml)直至极易溶解(>300mg/ml)不等。影响蛋白质溶解度的可变因素包括温度、pH、溶剂的极性、离子性质和离子强度。引起蛋白质沉淀的有机溶剂的浓度不同,故控制有机溶剂的浓度可分离蛋白质。水溶性非离子聚合物如聚乙二醇也能引起蛋白质的沉淀。
3.4 温度
不同的蛋白质在不同的温度具有不同的溶解度和活性。大多数蛋白质在低温下比较稳定,故分离操作一般在0℃或更低温度下进行。

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