在設計和執行純化方案時,預先了解或預測目標蛋白質的理化性質至關重要。這些性質是選擇純化方法的理論依據。關鍵參數包括:蛋白質的分子量(可通過序列預測或SDS-PAGE估算)、等電點pI(通過序列計算,用于離子交換層析的選擇)、疏水性(影響疏水相互作用層析和反相層...
鹽析法是蛋白粗提的經典技術,基于“鹽溶與鹽析”原理實現蛋白分離。蛋白質在低鹽濃度溶液中溶解度隨鹽濃度升高而增加(鹽溶),當鹽濃度達到一定閾值后,溶解度反而下降并析出(鹽析)。常用鹽類為硫酸銨,因其溶解度大、溫度系數小、對蛋白活性影響小且價格低廉。通過調節硫酸銨...
對于從包涵體中回收的蛋白質,復性(重折疊)是關鍵的限速步驟。目標是讓變性的、隨機的多肽鏈重新折疊成具有特定三維結構和生物學活性的天然構象。基本策略是緩慢降低變性劑濃度,可以通過透析、稀釋或層析方法(如SEC在變性劑梯度下)實現。優化復性條件非常復雜,需要考慮:...
表面等離子共振技術是一種無需標記的實時分析生物分子相互作用的強大技術。它將一種相互作用物固定于芯片表面,使另一種相互作用物流過芯片,SPR能實時檢測結合和解離過程,從而精確測定動力學參數。在蛋白質純化領域,它不僅用于表征純化后蛋白質與配體的親和力,還可用于篩選...
蛋白質聚集是純化過程中常見的問題,表現為溶液渾濁或形成沉淀,導致活性喪失和產量下降。聚集可由多種應力引發:暴露于氣-液界面(攪拌、起泡)、疏水表面吸附、反復凍融、過高濃度、偏離適pH或鹽濃度等。抑制策略包括:添加溫和去垢劑(如Tween-20, Triton ...
在獲得澄清的細胞提取液后,第一步純化(常稱為粗提或富集)常采用沉淀法。其原理是通過改變溶液條件,大幅降低目標蛋白(或雜蛋白)的溶解度,使其選擇性沉淀,從而實現與大量雜質的快速分離。經典的方法是硫酸銨沉淀,通過加入高濃度的硫酸銨,與水分子競爭蛋白質表面的水合層,...
單克隆抗體的生產已經發展出高度成熟的平臺化純化工藝。其關鍵是蛋白質A親和層析。蛋白質A能高特異性、高親和力地結合大多數IgG的Fc區域,使得從細胞培養上清液中一步捕獲抗體達到極高的純度(>95%)。隨后,為了去除殘留的宿主細胞蛋白、DNA、聚合體、浸出的蛋白質...
膜蛋白嵌于脂質雙分子層中,具有疏水表面,使其在水溶液中極易聚集和沉淀,純化難度遠大于可溶性蛋白。關鍵技術在于使用溫和的去垢劑(如DDM、Triton X-100)將其從膜中“溶解”出來,并在整個純化過程中維持去垢劑膠束的存在,以模擬其天然脂環境,保持其結構和功...
在工業化生產中,過程分析技術(PAT)倡導通過實時監測來設計和控制生產工藝。在蛋白質純化中,這意味著在層析流路中集成在線檢測器,如UV/Vis檢測器(用于蛋白質濃度)、pH和電導探頭(用于緩沖液成分)、以及更先進的在線動態光散射(DLS)或質譜。這些實時數據可...
冷凍電鏡技術,特別是單顆粒分析,對蛋白質樣品的單分散性要求極高。樣品中必須盡可能避免聚集體、降解產物或構象不均一的存在,否則會嚴重影響二維分類和三維重構的分辨率。因此,用于冷凍電鏡的蛋白質通常需要經過極其精細的純化(如多次凝膠過濾)和嚴格的DLS、負染電鏡篩選...
冷凍電鏡技術,特別是單顆粒分析,對蛋白質樣品的單分散性要求極高。樣品中必須盡可能避免聚集體、降解產物或構象不均一的存在,否則會嚴重影響二維分類和三維重構的分辨率。因此,用于冷凍電鏡的蛋白質通常需要經過極其精細的純化(如多次凝膠過濾)和嚴格的DLS、負染電鏡篩選...
在大腸桿菌等系統中表達重組蛋白時,一個常見的問題是目標蛋白可能以不溶性的、無活性的聚集體的形式表達,稱為“包涵體”。雖然這帶來了挑戰,但包涵體通常很純凈,且能抵抗蛋白酶降解。純化包涵體蛋白的策略與可溶性蛋白截然不同。首先需要通過超聲破碎細胞,然后通過離心收集包...
金屬螯合親和層析(IMAC)是重組蛋白純化中較常用的親和技術,利用His標簽與二價金屬離子(Ni2?、Co2?、Cu2?)的特異性結合實現分離。樹脂表面偶聯亞氨基二乙酸(IDA)或 nitrilotriacetic acid(NTA)基團,可螯合金屬離子。Hi...
蛋白分離純化是生物工程領域的主要技術之一,其目標是從復雜生物樣本中提取目標蛋白并去除雜質,獲得高純度、高活性的產物。生物樣本來源很廣,包括微生物發酵液、動植物組織勻漿、細胞培養上清等,這些樣本中除目標蛋白外,還含有核酸、多糖、脂質、雜蛋白等多種雜質,給分離純化...
許多功能性蛋白質是以多亞基復合物的形式存在的。純化這類復合物的挑戰在于保持其組裝的完整性和穩定性。策略通常包括:1)共表達所有亞基,以期在細胞內正確組裝;2)使用親和標簽標記其中一個亞基,利用該標簽純化整個復合物;3)在整個純化過程中使用溫和的、接近生理條件的...
在重組蛋白的生產中,宿主細胞蛋白(HCP)和DNA是兩類主要的工藝相關雜質。HCP是宿主細胞自身表達的蛋白質混合物,其復雜性高,有些與目標蛋白性質相似,去除挑戰大。殘留的HCP可能具有免疫原性或酶活性,影響產品的安全性和有效性。DNA同樣需要被去除至極低水平。...
固定化金屬離子親和層析是重組蛋白純化中較廣泛應用的技術之一。其原理是將螯合劑固定于介質上,螯合鎳離子、鈷離子等過渡金屬離子,這些金屬離子又能與重組蛋白末端融合的寡聚組氨酸標簽(如6xHis標簽)特異性結合。結合后,通過提高咪唑濃度(咪唑競爭性結合金屬離子位點)...
雖然電泳(如SDS-PAGE, 等電聚焦, 天然PAGE)主要用于分析,但它們也可用于小規模的制備或特殊用途的純化。制備型電泳可以在非變性條件下分離蛋白質,用于后續的活性研究或抗原制備。電洗脫是從凝膠切片中回收蛋白質的常用方法。更高級的系統,如制備型等電聚焦或...
在純化過程中,目標蛋白可能被內源或外源的蛋白酶降解,導致產量低下、條帶模糊或活性喪失。控制蛋白酶污染是一個系統性工程。預防措施包括:全程在低溫(0-4°C)下操作;在裂解緩沖液和所有純化緩沖液中添加廣譜蛋白酶抑制劑 cocktail,其中通常包含針對絲氨酸蛋白...
連續層析是生物制藥下游工藝的新趨勢,它通過多柱切換技術,使層析過程在不同階段(如上樣、洗淋、洗脫、再生)同時進行,提高了介質利用率和生產效率,減少了設備占地面積和緩沖液消耗。這種模式在抗體的大規模生產中正展現出巨大的經濟和環保優勢。在蛋白質組學研究中,面對細胞...
這兩種層析都基于蛋白質的疏水性質,但應用條件和劇烈程度不同。HIC在生理條件或高鹽濃度下進行,高鹽濃度增強了蛋白質表面的疏水相互作用,使其與固定相上溫和的疏水基團(如苯基、丁基)結合。隨后通過降低鹽濃度的梯度進行洗脫。HIC非常適用于在離子交換后緊接著進行,因...
從實驗室級別(毫克級)的工藝開發到工業生產(克/千克級)的放大,并非簡單的幾何尺寸放大,而是一個復雜的工程學挑戰。放大過程中,流體動力學參數會發生改變。維持線性流速和柱床高度不變是常見策略,但柱直徑的增大會導致壁效應和流動不均一。同樣,在細胞破碎中,從超聲探頭...
在工業生產和大型研究項目中,純化成本是需要嚴格考量的因素。成本包括層析介質(其壽命和載量)、緩沖液、設備折舊、人力及時間。一個高質量的純化流程不僅追求高純度,還需在成本、時間和收率之間取得比較好平衡,實現經濟可行的規模化生產。未來蛋白質純化技術的發展將聚焦于更...
從實驗室級別(毫克級)的工藝開發到工業生產(克/千克級)的放大,并非簡單的幾何尺寸放大,而是一個復雜的工程學挑戰。放大過程中,流體動力學參數會發生改變。維持線性流速和柱床高度不變是常見策略,但柱直徑的增大會導致壁效應和流動不均一。同樣,在細胞破碎中,從超聲探頭...
蛋白質分離純化的根本目的在于從復雜的生物樣本(如細胞、組織或培養液)中,特異性地獲得高純度、具有生物活性的單一蛋白質。這一過程絕非簡單的分離,而是對生命功能執行者——蛋白質的精密提純與鑒定。其意義深遠,不僅是結構生物學(如X射線晶體學、冷凍電鏡)、功能研究(酶...
準確測定蛋白質濃度是純化過程中定量分析的基礎。它用于計算回收率、比活性以及為后續實驗準備準確劑量的樣品。有多種方法可供選擇,各有優缺點。Bradford法基于蛋白質與考馬斯亮藍G-250染料的結合,快速、靈敏,但不同蛋白質之間的差異較大。BCA法基于蛋白質在堿...
羥基磷灰石是一種磷酸鈣陶瓷,其層析機制兼具離子交換(與Ca2?位點作用)和金屬親和(與PO?3?位點作用)的特性。它對DNA有強烈的結合能力,并能根據蛋白質的表面電荷分布進行獨特模式的分離。在抗體純化中,HAC常被用于有效去除聚集體和殘留的宿主DNA與Prot...
羥基磷灰石是一種磷酸鈣陶瓷,其層析機制兼具離子交換(與Ca2?位點作用)和金屬親和(與PO?3?位點作用)的特性。它對DNA有強烈的結合能力,并能根據蛋白質的表面電荷分布進行獨特模式的分離。在抗體純化中,HAC常被用于有效去除聚集體和殘留的宿主DNA與Prot...
為了加速藥物發現和工藝開發,高通量和自動化液體處理工作站被廣泛應用于蛋白質純化。這些系統可以并行地進行數十甚至上百個微型化的純化實驗,例如:同時測試不同的表達條件、裂解方法、或層析條件(不同樹脂、緩沖液pH/鹽濃度)。它們使用機械臂精確地進行移液、過濾、離心和...
純化得到的寶貴蛋白質需要妥善儲存以維持其長期穩定性。儲存條件取決于蛋白質的性質。短期儲存(數天至數周)可在4°C下進行,并加入抗菌劑(如疊氮鈉)。長期儲存通常采用冷凍。快速冷凍并在-80°C保存是常用的方法。為了防止冷凍和解凍過程中因冰晶形成、pH變化和相分離...