蛋白质复性方法及其注意事项
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蛋白质复性方法及其注意事项蛋白前期准备(1)查阅目标蛋白相关文献,了解其等电点,标签等注意点。
(2)如果目标蛋白易降解,可在纯化时加1-2mMDTT,全程低温,及时处理。
(3)透析Buffer的选择可参考文献。
蛋白复性包涵体:在某些生长条件下,大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子,它们致密地集聚在细胞内,或被膜包裹或形成无膜裸露结构,这种水不溶性的结构称为包涵体(Inclusion Bodies,IB)。
在E.coli中累积的重组蛋白会迅速地以包涵体形式被沉淀出来,这些包涵体蛋白是丧失生物活性的不可溶的错误折叠蛋白的聚集体。
包涵体的处理一般包括这么几步:包涵体的洗涤、溶解、纯化及复性。
如果过表达蛋白在包涵体中,那么通常有两个选择可以考虑:(1)退一步,优化表达条件;(2)接受包涵体并采取策略来将蛋白溶解以及复性。
这里主要考虑第二种方案。
包涵体的洗涤破碎细胞都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中,使大分子生物降解,导致天然物质量的减少,加入蛋白酶抑制剂等,还可通过选择pH、温度或离子强度等,使这些条件都要适合于目的物质的提取。
洗涤Buffer:50mM Tris-HCl(pH8.0), 2mM EDTA, 2mM DTT,150mM NaCl, 1% Triton X-100, 1mg/ml Leupeptin, 1mg/ml Pepstatin,1mM TCEP。
超声时用40-60ml裂解液,因为我们的超声仪很适合用100ml小烧杯,装40-60ml裂解液,这样能让超声头离液面不高不低,不会洒出来.菌多就延长超声时间(全程冰浴)。
包涵体的溶解1、对于尿素和盐酸胍的选择:尿素和盐酸胍属中强度变性剂,易经透析和超滤除去。
它们对包涵体氢键有较强的可逆性变性作用,所需浓度尿素8-10M,盐酸胍6-8M。
尿素溶解包涵体较盐酸胍慢而弱,溶解度为70-90%,尿素在作用时间较长或温度较高时会裂解形成氰酸盐,对重组蛋白质的氨基进行共价修饰,但用尿素溶解具有不电离,呈中性,成本低,蛋白质复性后除去不会造成大量蛋白质沉淀以及溶解的包涵体可选用多种色谱法纯化等优点,故目前已被广泛采用。
包涵体的变性及复性1、用1×Binding Buffer作裂解液,超声波破碎后,获得的包涵体;2、包涵体用含0.3%SKL(十二烷基肌氨酸钠)的1×Binding Buffer溶解,室温静置至完全溶解;3、充分溶解后,,加入用1×Binding Buffer配制的0.2%PEG2000和0.1mM GSSG:1mM GSH,0.1mM Arg,5-10% Glycerol),最后用1×Binding Buffer稀释蛋白至原菌液体积,调整pH(具体值视蛋白情况定,避开pI),装入透析袋中;4、用20倍体积的1×Binding Buffer进行4℃透析复性,每2h换一次,6次换液后,离心收集蛋白液;5、按可溶性蛋白纯化,注意保持低温环境,防止蛋白降解。
注意:透析液中的添加剂的浓度要在实验中摸索,每种蛋白的要求可能不同。
复性过程的添加剂:1、共溶剂:如PEG6000-20000,据说可以可逆的修饰折叠中间体的疏水集团,此外由于阻止了蛋白质分子间的相互接触的机会,也可能对复性效率的提高起作用。
一般的使用浓度在0.1%左右,具体条件可根据实验条件确定。
2、二硫键异构酶(PDI)和脯氨酸异构酶(PPI):PDI可以使错配的二硫键打开并重新组合,从而有利于恢复到正常的结构,此外在复性过程中蛋白质的脯氨酸两种构象间的转变需要较高能量,常常是复性过程中的限速步骤,而PPI的作用是促进两种构象间的转变,从而促进复性的进行。
3、分子伴侣,即热休克蛋白(HSP),是一种没有蛋白质特异性的促进折叠的蛋白因子,研究发现很多蛋白在缺乏分子伴侣时无法自己正确的折叠。
有人构建了与伴侣分子共同表达的菌株,据说效果不错。
不过在生产中还没有看到2和3的应用的例子。
4、0.4-0.6ML-Arg:成功的应用于很多蛋白如t-PA的复性中,可以抑制二聚体的形成。
5、甘油等:增加黏度,减少分子碰撞机会,一般使用浓度在5%-30%。
蛋白的变性和复性蛋白的变性和复性变性:蛋白质的空间结构是体现生物功能的基础,蛋白质折叠则是形成空间结构的过程。
蛋白质一级结构决定其高级结构的著名学说, 认为蛋白质折叠是受热力学因素控制的. 天然蛋白质处于能量最低(即热力学最稳定)的状态. 一般来说, 天然蛋白质的结构是相对稳定的, 结构的稳定性也是其保持生物个体功能和物种的相对稳定所要求的.蛋白质担负着复杂的生化反应, 同时在生物合成以后, 蛋白质本身也经历着繁杂的生理过程. 蛋白质自翻译以后, 还需进行一系列的翻译后过程, 包括跨膜转运、修饰加工、折叠复性、生化反应、生物降解等. 这些过程似乎都伴随着蛋白质的结构转换, 不但受蛋白质肽链自身的热力学稳定性所控制, 而且还受动力学过程控制.变性原因:蛋白质因受某些物理或化学因素的影响,分子的空间构象被破坏,从而导致其理化性质发生改变并失去原有的生物学活性的现象称为蛋白质的变性作用(denaturation)。
变性作用并不引起蛋白质一级结构的破坏,而是二级结构以上的高级结构的破坏,变性后的蛋白质称为变性蛋白。
引起蛋白质变性的因素很多,物理因素有高温、紫外线、X-射线、超声波、高压、剧烈的搅拌、震荡等。
化学因素有强酸、强碱、尿素、胍盐、去污剂、重金属盐(如Hg2+、Ag+、Pb2+等)三氯乙酸,浓乙醇等。
不同蛋白质对各种因素的敏感程度不同。
蛋白质变性后许多性质都发生了改变,主要有以下几个方面:(一)生物活性丧失蛋白质的生物活性是指蛋白质所具有的酶、激素、毒素、抗原与抗体、血红蛋白的载氧能力等生物学功能。
生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。
有时蛋白质的空间结构只有轻微变化即可引起生物活性的丧失。
(二)某些理化性质的改变蛋白质变性后理化性质发生改变,如溶解度降低而产生沉淀,因为有些原来在分子内部的疏水基团由于结构松散而暴露出来,分子的不对称性增加,因此粘度增加,扩散系数降低。
(三)生物化学性质的改变蛋白质变性后,分子结构松散,不能形成结晶,易被蛋白酶水解。
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蛋白质的折叠复性苏志国中国科学院过程工程研究所 生化工程国家重点实验室中国科学院过程工程研究所 Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences 原名:中国科学院化工冶金研究所,建立于1958年, 2001年更名3个重点实验室(2个国家重点,1个中科院重点),1个国家工程中心 职工280人,学生360人;主要方向:生化工程,清洁化工,多相反应生化工程国家重点实验室(1992) 国家生化工程技术研究中心(1996)Initial investment 4 millions USD 12 professors,16 associate professors,120 students生化工程(生物化学工程,Biochemical Engineering)生物技术化学工程生物技术产业化:突破瓶颈 化工可持续发展:建立新过程研究领域1980s 1990s 2000s-医药生物技术农业生物技术生化工程 生化反应过程工业生物技术生物医药 生物能源 生物材料 生物化学品 其它产品原料、辅料 + 生物催化剂生化分离过程 生化装备与介质 流程设计与优化过程的基本规律和集成优化美国生物技术产品销售额趋势400 350 334 300 250 200 150 100 50 0 10 59 101 182 147 215 362亿 美 元平均增长率:20%,融资增长率:20% 就业增长率:12.5%,股市平均涨幅:8.76%19 80 19 91 19 96 19 98 20 01 20 03 20 06 20 08美国各类生物技术产品销售额(2000年158.5亿美元)16%人治疗药5% 3% 2%诊断试剂 农 业特殊化合物74%非医学诊断剂资料来源:Consulting Resources Corp100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0核酸药物 细胞因子 基因治疗 抗体 溶栓药物 疫苗 激素已上市 临床中目前生物技术的最大成功 – 蛋白质药物用微生物、动物细胞生产人体药用蛋白质或疫苗载体 DNA人体 某种蛋白质 基因 转化重组体发 酵 罐 或 细 胞 培 养 罐气体克隆微生物、动物细胞某单克隆抗体的生产线—分离纯化流程复杂生物分离工段分离纯化 占总成本 60-90%分离纯化举例:剪切失活 - 泵送造成蛋白质絮凝体450 400 350 300 250 200 150 100 50 00 20 10 30Filtrate volume (ml)1 mg/ml 500ml/minNo pumping 5 min pumping 10 min pumpingMembrane filtration0.2 µFiltration time (min)干 扰 素(Interferon)IFN-α(IFN-β,γ, ω) 白细胞产生 165-166 氨基酸 4个半胱氨酸,两对二硫键 Cys1-Cys99;Cys29-Cys139 市场上销售前10名的生物药Size and shape of soluble proteinsD.S. Goodsell and A.J. Olson, TIBS 18:3 (1993) 65-68蛋白质药物生产的基本流程基因工程细胞生 物 反 应 器 离心机膜分离器(分离细胞和培养基) 胞内产品 细胞破碎机碎片分离蛋白质复性胞外产品成 品膜分离器 (I) 层析法 (I) 层析法 (II) 膜分离器 (II) 冷冻干燥或 分装蛋白质回收率变化范围100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0低值 高值回收率复性盐析膜分离层析scFv57P包涵体蛋白质的重折叠(复性)(大肠杆菌表达产物)显微镜下含scFv57P包涵体的 E. Coli 示意图包涵体伸展肽链活性蛋白质加变性剂 溶解远离变性剂后 自动折叠最常用的折叠方法 – 溶液稀释变性蛋白质稀释复性溶液 例:磷酸盐 缓冲液稀释率1:10-200不同稀释倍数和时间对复性的影响14000Specific activity (U/mg)12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 100 200 300 400200 100 10Time (min)原料:6mg/mL溶菌酶(8mol/L脲) 复性溶液0.1mol/L Tris-HCl at pH8.8, 1mol/L Urea, 3mmol/L GSH and 0.3mmol/L GSSG.不同终点浓度对蛋白质复性的影响200 180Specific activity (U/mg)160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 10040 ug/mL 60 ug/mL 80 ug/mL 100 ug/mLRefolding time (h)原料:4 mg/L SOD,50mmol/L PBS缓冲液,10mol/L脲 复性溶液:50 mmol/L PBS at pH7.4, 2 mol/L Urea and 0.1 mol/L NaCl蛋白质折叠的途径分析未折叠肽链 U U↔I1↔ I2↔· · ·↔C↕M 中间体 IA其它可能: M+M↔A M+I↔A M+C↔A I +C↔A错误M正确C絮凝A复性溶液的组成:除了缓冲盐还应该有什么?变性蛋白质稀释复性溶液 (组分X+Y+Z+。
蛋白质复性方法及其注意事项蛋白前期准备(1)查阅目标蛋白相关文献,了解其等电点,标签等注意点。
(2)如果目标蛋白易降解,可在纯化时加1-2mMDTT,全程低温,及时处理。
(3)透析Buffer的选择可参考文献。
蛋白复性包涵体:在某些生长条件下,大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子,它们致密地集聚在细胞内,或被膜包裹或形成无膜裸露结构,这种水不溶性的结构称为包涵体(Inclusion Bodies,IB)。
在E.coli中累积的重组蛋白会迅速地以包涵体形式被沉淀出来,这些包涵体蛋白是丧失生物活性的不可溶的错误折叠蛋白的聚集体。
包涵体的处理一般包括这么几步:包涵体的洗涤、溶解、纯化及复性。
如果过表达蛋白在包涵体中,那么通常有两个选择可以考虑:(1)退一步,优化表达条件;(2)接受包涵体并采取策略来将蛋白溶解以及复性。
这里主要考虑第二种方案。
包涵体的洗涤破碎细胞都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中,使大分子生物降解,导致天然物质量的减少,加入蛋白酶抑制剂等,还可通过选择pH、温度或离子强度等,使这些条件都要适合于目的物质的提取。
洗涤Buffer:50mM Tris-HCl(pH8.0), 2mM EDTA, 2mM DTT,150mM NaCl, 1% Triton X-100, 1mg/ml Leupeptin, 1mg/ml Pepstatin,1mM TCEP。
超声时用40-60ml裂解液,因为我们的超声仪很适合用100ml小烧杯,装40-60ml裂解液,这样能让超声头离液面不高不低,不会洒出来.菌多就延长超声时间(全程冰浴)。
包涵体的溶解1、对于尿素和盐酸胍的选择:尿素和盐酸胍属中强度变性剂,易经透析和超滤除去。
它们对包涵体氢键有较强的可逆性变性作用,所需浓度尿素8-10M,盐酸胍6-8M。
尿素溶解包涵体较盐酸胍慢而弱,溶解度为70-90%,尿素在作用时间较长或温度较高时会裂解形成氰酸盐,对重组蛋白质的氨基进行共价修饰,但用尿素溶解具有不电离,呈中性,成本低,蛋白质复性后除去不会造成大量蛋白质沉淀以及溶解的包涵体可选用多种色谱法纯化等优点,故目前已被广泛采用。
蛋白的变性和复性变性:蛋白质的空间结构是体现生物功能的基础,蛋白质折叠则是形成空间结构的过程。
蛋白质一级结构决定其高级结构的著名学说, 认为蛋白质折叠是受热力学因素控制的. 天然蛋白质处于能量最低(即热力学最稳定)的状态. 一般来说, 天然蛋白质的结构是相对稳定的, 结构的稳定性也是其保持生物个体功能和物种的相对稳定所要求的.蛋白质担负着复杂的生化反应, 同时在生物合成以后, 蛋白质本身也经历着繁杂的生理过程. 蛋白质自翻译以后, 还需进行一系列的翻译后过程, 包括跨膜转运、修饰加工、折叠复性、生化反应、生物降解等. 这些过程似乎都伴随着蛋白质的结构转换, 不但受蛋白质肽链自身的热力学稳定性所控制, 而且还受动力学过程控制.变性原因:蛋白质因受某些物理或化学因素的影响,分子的空间构象被破坏,从而导致其理化性质发生改变并失去原有的生物学活性的现象称为蛋白质的变性作用(denaturation)。
变性作用并不引起蛋白质一级结构的破坏,而是二级结构以上的高级结构的破坏,变性后的蛋白质称为变性蛋白。
引起蛋白质变性的因素很多,物理因素有高温、紫外线、X-射线、超声波、高压、剧烈的搅拌、震荡等。
化学因素有强酸、强碱、尿素、胍盐、去污剂、重金属盐(如Hg2+、Ag+、Pb2+等)三氯乙酸,浓乙醇等。
不同蛋白质对各种因素的敏感程度不同。
蛋白质变性后许多性质都发生了改变,主要有以下几个方面:(一)生物活性丧失蛋白质的生物活性是指蛋白质所具有的酶、激素、毒素、抗原与抗体、血红蛋白的载氧能力等生物学功能。
生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。
有时蛋白质的空间结构只有轻微变化即可引起生物活性的丧失。
(二)某些理化性质的改变蛋白质变性后理化性质发生改变,如溶解度降低而产生沉淀,因为有些原来在分子内部的疏水基团由于结构松散而暴露出来,分子的不对称性增加,因此粘度增加,扩散系数降低。
(三)生物化学性质的改变蛋白质变性后,分子结构松散,不能形成结晶,易被蛋白酶水解。
包涵体纯化蛋白复性的方法操作流程返回:包涵体复性常见问题分析与解决包涵体的纯化和复性总结包涵体折叠复性的方法应具备以下几个特点:较高的活性蛋白质回收率;复性产物易于与错误折叠蛋白质分离;折叠复性后能够得到较高浓度的蛋白;折叠复性方法易于放大等。
蛋白复性的过程通常分为以下几个步骤:包涵体的洗涤包涵体在溶解之前需要进行洗涤,包涵体中主要含有重组蛋白,但也有一些杂质,如一些外膜蛋白、质粒DNA等,这些杂质会与包涵体粘连在一起,可以通过洗涤去除大多数杂质,但无法将杂蛋白去除干净。
包涵体的洗涤通常选用浓度较低的变性剂,如2M尿素在50mM Tris,pH7.0-8.5,1mM EDTA中洗涤包涵体。
此外可以用温和去垢剂TritonX-100洗涤去除膜碎片和膜蛋白。
同时,因为去垢剂的洗涤能力会随溶液离子强度升高而加强,所以在洗涤包涵体时可加入低浓度的尿素或高浓度的NaCl,使包涵体的纯度达到50%以上。
包涵体的溶解变性剂如尿素、盐酸胍,主要是通过离子间的相互作用,打断包涵体蛋白分子间的各种化学键,使多肽延伸。
盐酸胍是较尿素强的变性剂,它能溶解尿素不溶的包涵体。
SDS、正十六烷基三甲基铵氯化物、Sarkosyl等也可以破坏蛋白内的疏水键,溶解一些包涵体蛋白质。
另外,从某些含有半胱氨酸的蛋白质中分离出的包涵体,通常含有一些链间形成的二硫键和链内的非活性二硫键,这就还需加入还原剂,如巯基乙醇、二硫基苏糖醇(DTT)、二硫赤藓糖醇、半胱氨酸等。
这种还原性试剂能够同半胱氨酸形成各种二硫化物中间体,也会被复性用的二硫化物置换试剂所取代。
二硫键的形成和断裂是可逆的,直到最有利的蛋白二硫键形成,这个平衡才会被破坏。
常用变性剂对比尿素(8-10M)较盐酸胍慢而弱,溶解度为70-90%用尿素溶解具有不电离,呈中性,成本低,蛋白质复性后除去不会造成大量蛋白质沉淀溶解的包涵体可选用多种色谱法纯化盐酸胍(6-8M)溶解能力达95%以上,且溶解作用快而不造成重组蛋白质的共价修饰成本高、在酸性条件下易产生沉淀、复性后除去可能造成大量蛋白质沉淀对蛋白质离子交换色谱有干扰包涵体的复性复性是指通过去除变性剂使目标蛋白从完全伸展的变性状态恢复到正常的折叠结构,同时去除还原剂确保二硫键正常形成。
重组包涵体蛋白质复性邹平基因工程技术的发展掀开了人类生命科学研究的崭新篇章,开辟了现代生物工业发展的新纪元。
重组DNA技术为大规模生产目标蛋白质提供了可能,E.coli以其易于操作、遗传背景清楚、发酵成本低和蛋白表达水平高等优点,是生产重组蛋白的首选表达系统。
但外源基因在E.coli中的高表达常常导致包涵体的形成,如何高效地复性包涵体蛋白是基因工程技术面临的一个难题。
随着人类基因组计划的完成和蛋白组计划的实施,人们将会更多地面临这一问题的挑战。
一、包涵体蛋白1、包涵体的形成包涵体主要是因为在重组蛋白的表达过程中缺乏某些蛋白质折叠的辅助因子,而无法形成正确的次级键等原因形成的;也可能是外源基因合成速度太快,没有足够的时间进行折叠、二硫键不能正确的配对、过多的蛋白间的非特异性结合、蛋白质无法达到足够的溶解度等;重组蛋白质的一级结构也与包涵体形成有关,一般说含硫氨基酸越多越易形成包涵体,而脯氨酸的含量明显与包涵体的形成呈正相关;重组蛋白所处的环境不适,发酵温度高或胞内pH接近蛋白的等电点时易形成包涵体。
2、减少包涵体形成的策略降低重组菌的生长温度,是减少包涵体形成的最常用的方法。
低生长温度降低了无活性聚集体形成的速率和疏水相互作用;细菌生长缓慢溶氧水平低,也可减少包涵体的形成。
在培养重组菌中供给丰富的培养基,创造最佳培养条件,如供氧充足、合适pH等,以减少包涵体的形成。
添加可促进重组蛋白质可溶性表达的生长添加剂,增加细胞的渗透压。
在低的诱导剂条件下培养重组菌,减少重组蛋白表达量,也可减少包涵体的形成。
利用硫氧还蛋白融合表达或与目标蛋白共表达,得到可溶性目的蛋白。
筛选合适的宿主菌,使表达的重组蛋白可溶。
3、包涵体破菌、分离、洗涤常用高压匀化或机械、化学和酶相结合的方法破碎含包涵体的宿主菌细胞 ,再将破碎液通过低速离心或过滤除去可溶蛋白后获得包涵体。
包涵体中除了目的蛋白外还含有脂类、脂多糖、核酸和杂蛋白等成分,而这些成分会影响包涵体蛋白的复性,故去折叠前应洗涤包涵体,以去除杂质。
蛋白质复性方法及其注意事项
蛋白前期准备
(1)查阅目标蛋白相关文献,了解其等电点,标签等注意点。
(2)如果目标蛋白易降解,可在纯化时加1-2mMDTT,全程低温,及时处理。
(3)透析Buffer的选择可参考文献。
蛋白复性
包涵体:在某些生长条件下,大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子,它们致密地集聚在细胞内,或被膜包裹或形成无膜裸露结构,这种水不溶性的结构称为包涵体(Inclusion Bodies,IB)。
在E.coli中累积的重组蛋白会迅速地以包涵体形式被沉淀出来,这些包涵体蛋白是丧失生物活性的不可溶的错误折叠蛋白的聚集体。
包涵体的处理一般包括这么几步:包涵体的洗涤、溶解、纯化及复性。
如果过表达蛋白在包涵体中,那么通常有两个选择可以考虑:(1)退一步,优化表达条件;(2)接受包涵体并采取策略来将蛋白溶解以及复性。
这里主要考虑第二种方案。
包涵体的洗涤
破碎细胞都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中,使大分子生物降解,导致天然物质量的减少,加入蛋白酶抑制剂等,还可通过选择pH、温度或离子强度等,使这些条件都要适合于目的物质的提取。
洗涤Buffer:50mM Tris-HCl(pH8.0), 2mM EDTA, 2mM DTT,150mM NaCl, 1% Triton X-100, 1mg/ml Leupeptin, 1mg/ml Pepstatin,1mM TCEP。
超声时用40-60ml裂解液,因为我们的超声仪很适合用100ml小烧杯,装
40-60ml裂解液,这样能让超声头离液面不高不低,不会洒出来.菌多就延长超声时间(全程冰浴)。
包涵体的溶解
1、对于尿素和盐酸胍的选择:
尿素和盐酸胍属中强度变性剂,易经透析和超滤除去。
它们对包涵体氢键有较强的可逆性变性作用,所需浓度尿素8-10M,盐酸胍6-8M。
尿素溶解包涵体较盐酸胍慢而弱,溶解度为70-90%,尿素在作用时间较长或温度较高时会裂解形成氰酸盐,对重组蛋白质的氨基进行共价修饰,但用尿素溶解具有不电离,呈中性,成本低,蛋白质复性后除去不会造成大量蛋白质沉淀以及溶解的包涵体可选用多种色谱法纯化等优点,故目前已被广泛采用。
盐酸胍溶解能力达95%以上,且溶解作用快而不造成重组蛋白质的共价修饰。
但它也有成本高、在酸性条件下易产生沉淀、复性后除去可能造成大量蛋白质沉淀和对蛋白质离子交换色谱有干扰等缺点。
2、去垢剂:
温和去垢剂TritonX-100洗涤去除膜碎片和膜蛋白。
如强的阴离子去垢剂SDS,可以破坏蛋白内的疏水键,可以增溶几乎所有的蛋白。
问题是由于SDS无法彻底的去除而不允许在制药过程中使用。
包涵体的复性
1复性:
通过缓慢去除变性剂使目标蛋白从变性的完全伸展状态恢复到正常的折
叠结构,同时去除还原剂使二硫键正常形成。
2复性的效率:
复性是一个非常复杂的过程,蛋白质的复性效率在20%左右。
影响复性效率的因素有蛋白质的复性浓度,变性剂的起始浓度和去除速度、温度、pH、氧化还原电势、离子强度、共溶剂和其他添加剂的存在与否等。
4、复性中常采用的方法有:
稀释复性:直接加入水或缓冲液,放置过夜,缺点是体积增加较大,变性剂稀释速度太快,不易控制。
透析复性:好处是不增加体积,通过逐渐降低外透液浓度来控制变性剂去除速度,缺点是易形成沉淀,且不适合大规模操作,无法应用到生产规模。
超滤复性:在生产中较多的使用,规模较大,易于对透析速度进行控制,缺
点是不适合样品量较少的情况,且有些蛋白可能在超滤过程中不可逆的变性。
柱上复性:是最近研究较多并成功的在生产中应用的一种复性方法,常用于复性的层析方法有SEC、HIC等。
复性的具体方法还要根据前期试验及筛选来确定!
包涵体的复性还要注意以下几点:
1.首先要获得较高纯度的包涵体。
2.包涵体溶解要彻底,一般应使溶解液体量较大,不要怕蛋白被稀释,要有助溶措施。
3.复性前后均要离心
4.复性不能太快.
5.纯化的最佳条件要摸索和结合相关文献。
6.变性蛋白的浓度
浓度不要太高,一般0.4-0.5mg/ml 左右较适宜,若浓度高了,可稀释至适宜浓度。
有些蛋白可能更低,此时需要结合文献和实践,确定最佳浓度。
要结合透析前后的浓度,如果透析液加入甘油,这需要结合浓缩比(10%甘油可浓缩20%左右)。
复性Buffer的选择
包涵体复性液配方
对于包涵体复性,一般在尿素浓度4M左右时复性过程开始,到2M 左右时结束。
对于盐酸胍而言,可以从4M开始,到1.5M 时复性过程已经结束。
Tris
系统和PBS系统都没有明确的规定,这些需要你在实验过程中不断试验,确定合适的缓冲系统;复性过程主要是注意以下几个问题:
(1)最适pH值范围为8.0-9.0之间;(有时需要过酸或过碱性)
(2)温度适宜选择4℃;
(3)复性过程蛋白浓度不宜过大;(小于0.5 mg/ml为宜)
(4)复性时间一般为24-36小时;
(5)低分子化合物如L-Arg有助于增加复性中间产物的溶解度;脲、盐酸胍等,在非变性浓度下是很有效的促进剂,都可阻止蛋白聚集;Tris对蛋白质复性有促进作用。
(6)氧化还原体系,如GSH/GSSG、DTT/GSSG等。
常用的氧化方法有:空气氧化法:在碱性条件下通空气,或者加入二价铜离子,能够取得更好的效果,缺点是不易控制氧化还原电势。
氧化还原电对(redox):常采用GSSG/GSH(1:5-1:10),通过调整两者的比例来控制较精确的氧化还原电势,也可以在添加了还原剂如DTT,如:5 mM GSSG/2 mM DTT=GSH/GSSG(1.33/1)。
(7)复性过程的添加剂:
1、共溶剂:如PEG6000-20000,据说可以可逆的修饰折叠中间体的疏水集团,此外由于阻止了蛋白质分子间的相互接触的机会,也可能对复性效率的提高起作用。
一般的使用浓度在0.1%左右,具体条件可根据实验条件确定。
2、0.4-0.6 M L-Arg:促进蛋白溶解,(成功的应用于很多蛋白如t-PA的复性中,也可以抑制二聚体的形成。
)
3、甘油等:增加黏度,减少分子碰撞机会,一般使用浓度在5%-30%。
4、一定的盐浓度,可能是为了降低某些带电集团间的斥力,有利于蛋白质的折叠。
5、辅助因子:添加蛋白质活性状态必须的辅助因子如辅酶辅基等或蛋白配体等(如分子伴侣等)很多时候对蛋白质正确的折叠是有利的。
6、特殊离子:如CaCl2,MgCl2等特殊的金属离子,可参与蛋白质的正确折叠,促进活性的作用。
(此时勿加入EDTA。
)
例如复性Buffer:
50mM Tris-HCl(pH8.0),10mM CaCl2,0.4 M L-Arg, 2mM GSH/0.4mM GSSG,10%甘油。
透析buffer:
50mM Tris-HCl(pH8.0),10mM CaCl2,2mM DTT, 10%甘油。
复性中蛋白析出!
出现蛋白析出,肯定是条件变化太剧烈。
复性应该采取复性液浓度和pH值逐渐变化的方法,例如根据包涵体的溶液成分,每隔1个pH或浓度值配置一种溶液,逐步透析到正常。
此外透析时必须浓度极低,条件温和,使蛋白质能够正确折叠。
(1)蛋白析出最大的可能性:蛋白浓度太高,建议稀释以后再复性;
(2)透析的盐浓度(比如urea)要平缓降低:8M-6M-2M-PBS;
(3)若加变性剂(尿素可加到2M,盐酸胍可加到1-1.5M);
(4)另外可将甘油浓度增加(范围可在≤30%),且在复性样品中也可加适量甘油;
(5)如果还不行,可以换新的复性缓冲液;
(6)纯度不够!出现纯化的目标蛋白纯度不够时,可以先过分子筛再复性;
带有二硫键蛋白的复性!
如果蛋白中存在两个以上的半胱氨酸,立即形成正确的二硫键是不可能的。
随着二硫键的数目增加(分子间与分子内的),可能的组合数目也在剧烈上升(3个二硫键就是15种可能组合,4个对应105,5个对应945等等)。
如果二硫键是正确折叠所必须的话,应该在溶解时加入一种还原性试剂(如1-10mM DTT)。
这种还原性试剂能够被复性用二硫化物置换试剂所取代。
加入二硫化物置换试剂(如氧化型+还
原型谷胱甘肽)是为了提供氧化还原作用力。
这些试剂同半胱氨酸形成各种二硫化物中间体。
这些二硫键的形成或断裂反应是可逆的,直到最有利的蛋白二硫键形成,这种平衡才会被破坏。
这个过程被称作氧化型折叠。
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