蛋白质的分离纯化根据蛋白质带电性质进行分离,是生物学研究中的重要步骤。在不同pH环境中,蛋白质的带电性质和电荷数量会有所不同,这使得我们可以通过电泳法将它们分离。在电泳法中,各种蛋白质在相同的pH条件下,由于分子量和电荷数量的不同,在电场中的迁移率也不同,从而得以分开。
等电聚焦电泳是一种特别注重蛋白质带电性质的分离方法。它利用一种两性电解质作为载体,在电泳过程中形成一个由正极到负极逐渐增加的pH梯度。当带一定电荷的蛋白质在其中泳动时,它们会到达各自等电点的pH位置并停止。这种方法不仅可用于分析蛋白质,还能进行蛋白质的制备。
离子交换层析法是另一种利用蛋白质带电性质进行分离的方法。这种层析法使用阳离子交换剂(如羧甲基纤维素,CM-纤维素)和阴离子交换剂(如二乙氨基乙基纤维素,DEAE纤维素)。当蛋白质溶液流经离子交换层析柱时,带有与离子交换剂相反电荷的蛋白质会被吸附在离子交换剂上。之后,通过改变pH或离子强度来洗脱吸附的蛋白质。
盐析是根据蛋白质溶解度的不同进行分离的方法。在盐析过程中,通过加入大量盐(如硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠等)来降低蛋白质的溶解度。硫酸铵因其温度系数小、溶解度大(25度时饱和溶液为4.1M,即767克/升;0度时饱和溶解度为3.9M,即676克/升)以及在这一溶解度范围内许多蛋白质和酶都可以盐析出来,而被广泛应用。此外,硫酸铵的分段盐析效果也比其他盐更好,且不易引起蛋白质变性。
在进行盐析时,需要考虑的因素包括温度、pH值和蛋白质浓度。温度会影响蛋白质的溶解度,有些蛋白质在低温下溶解度更低;大多数蛋白质在等电点时在浓盐溶液中的溶解度最低;蛋白质浓度高时容易出现共沉现象,因此在盐析前需要稀释血清。
蛋白质盐析常用的中性盐有硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠等。硫酸铵在这一溶解度范围内使用广泛,且其温度系数小、溶解度大,分段盐析效果好,不易引起蛋白质变性。硫酸铵溶液的pH常在4.5-5.5之间,进行盐析时如需使用其他pH值,可通过添加硫酸或氨水调节。
在使用盐析法分离蛋白质后,需要将蛋白质中的盐除去。通常采用透析法,即将蛋白质溶液装入透析袋内,并用缓冲液进行透析,不断更换缓冲液。透析所需时间较长,因此最好在低温下进行。此外,还可以使用葡萄糖凝胶G-25或G-50过柱的方法来快速除盐。
等电点沉淀法是利用调节溶液的pH达到某一蛋白质的等电点,从而使其沉淀。虽然这种方法很少单独使用,但它可以与盐析法结合使用,以提高蛋白质分离的效率。
低温有机溶剂沉淀法使用可与水混溶的有机溶剂(如甲醇、乙醇或丙酮)来降低蛋白质的溶解度并使其析出。这种方法的分辨力较高,但蛋白质较易变性,因此应在低温下进行。