蛋白质类药物的分离纯

重组蛋白质的分离纯化摘要：90年代以来基因重组技术得到很大的发展，基因工程产品的分离纯化的成本约占其全部成本的60%～80%，因此重组蛋白的分离纯化技术越来越重要。

本文主要介绍了沉淀、液液萃取、层析等常用分离重组蛋白方法的原理及应用，旨在为开展蛋白质的制备及其应用研究提供理论依据。

关键词：重组蛋白质；分离；纯化；沉淀；液液萃取；层析；包涵体随着基因重组技术的发展，出现了很多基因工程产品，而作为基因工程技术的下游工程中的基因重组蛋白的分离纯化技术越来越显示其重要性。

据有人统计,基因工程产品的分离纯化成本约占到其全部成本的60%～80%[1]。

由此可见产品的分离纯化是获得目的产物的关键一步，也是比较困难的一步，它标志着生物产业的高低。

纯化重组蛋白质和普通蛋白质的不同就在于要选择合适的表达系统，因为表达系统决定了细胞培养过程中产物的性质以及可能产生的杂蛋白，而纯化重组蛋白质的主要目的是去除杂蛋白质，通常对一种重组蛋白质的纯化会采用多个系统[2]。

但是重组蛋白有几种不同的表达形式，如细胞外的分泌表达；细胞内可溶性表达以及包涵体形式的存在，因此对于重组蛋白的纯化要依据其表达形式的不同，采取不同的纯化工艺。

与传统方式相似，重组蛋白的分离纯化也是利用其物理和化学性质的差异，即以分子的大小、形状、溶解度、等电点、亲疏水性以及与其它分子的亲和性等性质建立起来的。

目前主要的纯化方法有浓缩沉淀法，层析和电泳技术。

重组蛋白质在分离纯化的过程中，必须维持一定的浓度和生物活性形式，以及防止被降解。

因此从生物体中有效分离纯化重组蛋白质一直是个难题。

90 年代以来,国内外许多科学工作者在蛋白质分离纯化技术和工艺上进行了大量的研制和开发,将原有的纯化技术水平提高到一个新的高度。

本文将简单介绍一些传统的分离纯化方法，并介绍近10 年来重组蛋白分离纯化中的新进展和一些新出现的技术。

1 沉淀分离技术1.1 盐析法其原理是蛋白质在高浓度盐溶液中，随着盐浓度的逐渐增加，由于蛋白质水化膜被破坏、溶解度下降而从溶液中沉淀出来。

生物制药中的蛋白质表达与纯化技术生物制药是指利用生物技术和生物制备技术生产药品。

蛋白质是重要的生物大分子，在生物制药中，利用蛋白质表达技术制备蛋白质药物已经成为制备生物制药的重要手段之一。

在蛋白质表达和纯化中，重要的问题是选择适合的表达载体和表达宿主细胞，以及优化表达条件，提高表达能力和质量。

此外，表达的蛋白质需要纯化和质量控制等关键步骤，以保证药品的安全有效。

蛋白质表达技术蛋白质表达技术是指利用基因工程技术将目标蛋白质的编码基因导入到表达宿主细胞内，通过转录和翻译等过程表达出目标蛋白质。

根据表达载体的不同，蛋白质表达技术可分为细胞自主表达和外源表达两类。

细胞自主表达是指目标蛋白质能够在宿主细胞自身的代谢和生理过程中产生和积累。

这种表达方式常见于真核细胞，例如酵母细胞、哺乳动物细胞等。

此外，还有一些原核细胞能够自主表达复杂蛋白质，如高等厌氧菌和嗜热菌等。

外源表达是指将目标蛋白质的编码基因插入到宿主细胞的表达载体中，通过改变细胞代谢和生理状态，促进目标蛋白质的表达。

目前，外源表达技术已经被广泛应用于生物制药领域。

外源表达常用的表达宿主细胞包括细菌、真菌、昆虫、植物和哺乳动物等。

在选择表达载体和表达宿主细胞时，需要考虑到许多因素，如表达载体的复制数目、启动子、选择标记、信号序列、表达宿主细胞的生长速度、生理状态、代谢途径等。

蛋白质纯化技术蛋白质纯化是指将从表达宿主细胞中获得的蛋白质经过一系列的分离、纯化和检测等步骤，去除不必要的成分和杂质，提高目标蛋白质的纯度和活性。

在纯化过程中，需要根据目标蛋白质的生化性质和物理性质选择不同的分离和检测手段，例如亲和层析、逆向层析、凝胶过滤层析、离子交换层析、凝胶电泳等。

亲和层析是利用亲和基团与目标蛋白质相互作用，实现目标蛋白质的纯化。

通常，亲和基团可与目标蛋白质的某种生化或物理性质相互作用，例如其特异抗原性、活性或生物学功能等。

例如，利用亲和层析纯化抗体、酶或膜受体等蛋白质时，通常采用大量的亲和基团，如包括Ni2 +、酵母己糖、自旋素、脂肪酸酰化酶亲和基团等。

生物技术制药试题1. 生物技术制药:生物技术制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法进行药物制造的技术。

2. 基因表达:基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中,把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译,转变成具有生物活性的蛋白质分子.生物体内的各种功能蛋白质和酶都是同相应的结构基因编码的。

3. 质粒的分裂不稳定:通常将质粒不稳定性分为两类:一类是结构不稳定性,也就是质粒由于碱基突变、缺失、插入等引起的遗传信息变化;另一类是分离不稳定性,指在细胞分裂过程中质粒不能分配到子代细胞中,从而使部分子代细胞不带质粒(即P-细胞)。

在连续和分批培养过程中均能观察到此两类现象发生。

一般情况下具有质粒的细胞(即P＋细胞)需要合成较多的DNA、RNA和蛋白质,因此其比生长速率低于P-细胞,从而P-细胞一旦形成能较快速地生长繁殖并占据培养物中的大多数。

4. 补料分批培养:发酵培养基发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。

它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。

因此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。

但若因生长和生物合成产物需要的总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或生长和合成两阶段各需的最佳条件要求不同时，则可考虑培养基用分批补料来加以满足。

5. 人-鼠嵌合抗体:嵌合抗体（ chimeric atibody ）是最早制备成功的基因工程抗体。

它是由鼠源性抗体的 V 区基因与人抗体的 C 区基因拼接为嵌合基因，然后插入载体，转染骨髓瘤组织表达的抗体分子。

因其减少了鼠源成分，从而降低了鼠源性抗体引起的不良反应，并有助于提高疗效。

6. 悬浮培养:非贴壁依赖性细胞的一种培养方式。

蛋白质分离和纯化技术的研究和应用蛋白质是生物体内最基本的分子，其担负着细胞结构与功能、物质转运、信号传递等重要生理功能。

由于生物样品中蛋白质种类众多、含量差异较大，为了深入揭示蛋白质的生物学功能和结构特性，必须对蛋白质进行精确分离和纯化。

本文将介绍蛋白质分离和纯化技术的研究和应用。

一、蛋白质分离技术蛋白质分离是指将复杂的蛋白质混合物进行分离，得到不同种类的纯化蛋白质的过程。

在蛋白质分离的基础上，再进行进一步纯化，能够更好地揭示蛋白质的生物学特性。

（一）凝胶电泳凝胶电泳是当前最常用的蛋白质分离技术之一。

它基于蛋白质的电荷、大小、形状和亲疏水性等性质，利用电场将蛋白质分子沿着凝胶移动，实现分子大小的分离。

凝胶电泳具有分离效果好、操作简单易行、样品消耗量小以及可视化等优点。

（二）液相色谱液相色谱（Liquid chromatography）是一种通过化学亲和性、分子大小、极性与非极性等属性分离物质的分离技术。

常用的液相色谱有透析液相色谱、醚基、硅烷基、反相、离子交换、凝胶过滤等类型。

其中反相色谱在蛋白质分离中尤为重要，它基于不同蛋白质在疏水性基质表面的分配系数不同，以蛋白质的亲水性为基础进行分离。

二、蛋白质纯化技术蛋白质纯化是指在获得蛋白质的基础上，通过不同的纯化技术去除其中的杂质，得到纯度高的蛋白质分子。

蛋白质的纯化技术主要分为两类：非特异性纯化和特异性纯化。

（一）非特异性纯化非特异性纯化是指利用物理化学性质对样品进行分步纯化，将目标分子与混杂物质逐步分离开来的方法。

常用的非特异性纯化技术有盐析、凝胶过滤和透析等。

其中，盐析技术是常用的一种非特异性纯化技术，它利用富集目标蛋白质对盐的结合能力高于混杂蛋白质的特性，将混杂蛋白质和目标蛋白质分离。

（二）特异性纯化特异性纯化是指通过蛋白质与配体、抗体等生物学活性团之间的特异作用进行分离纯化的方法。

常用的特异性纯化技术包括亲和层析、免疫亲和层析等。

其中，亲和层析是一种重要的特异性纯化技术，它通过识别目标蛋白质与固定于固相材料上的亲和基团之间的特异性互作来分离纯化蛋白质。

中国医科大学2015年1月考试《生物技术制药》考查课试题答案转载请注明来自百度：百度文库-吴德高的专业作品
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一、论述题（共10 道试题，共50 分。

）
1. 悬浮培养
答：培养细胞的生长不依赖支持物的表面，可在培养液中呈悬浮状态生长。

2. 双功能抗体
答：它是非天然抗体，结合抗原的两个臂具有不同的特异性。

3. 连续培养
答：将种子接入发酵反应器中，培养至一定菌体浓度后，进行不间断的培养。

4. 单克隆抗体
答：是将抗体产生B淋巴细胞与具有无限增殖能力的骨髓瘤细胞相融合所产生的抗体。

5. 生物药物
答：指从生物体、生物组织、细胞、体液等，利用物理、化学、生物技术等原理和方法方法制造一类用于预防、治疗和诊断的制品
6. 固定化培养。

生物技术制药题库生物技术制药是一种利用现代生物技术，借助微生物、植物、动物等生物体生产药品的技术。

其中，基因工程制药利用重组DNA技术生产蛋白质或多肽类药物，细胞工程制药则是利用动、植物细胞培养生产药物的技术。

酶工程制药则是将酶或活细胞固定化后用于药品生产，而发酵工程制药则是利用微生物代谢过程生产药物的技术。

抗体工程制药则利用抗原和抗体的特异性结合性质生产药物。

先导化合物是指通过优化药用、减少毒性和副作用，使其转变为一种新药的化合物。

生物药物则是利用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。

细胞的生长形态可以分为贴壁细胞和悬浮细胞，其中贴壁细胞需要有贴附的支持物表面，依靠贴附因子生长。

兼性贴壁细胞则生长不严格依赖支持物。

牛痘病毒可以构建多价疫苗腺病毒，逆转录病毒则用于基因治疗，杆状病毒则用于外源基因表达。

生物碱是一种含氮有机化合物，而生理活性物质则对细胞内生化代谢和生理活动起着调节作用。

植物抗毒素是指在植物防御系统内能对抗微生物进攻的某些次级代谢产物，有些时候连续合成，有些时候在被刺激下才会产生抗毒素，或仅在被诱导下其产量才能增加。

生物转化是利用生物离体培养细胞，固定化的植物（或微生物）细胞或从这些有机体中分离得到的酶等，对外源底物进行结构修饰而获得更有价值产物的一种技术。

抗体是B细胞在抗原的刺激下分化为浆细胞，产生具有与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白。

免疫球蛋白具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白，而多克隆抗体则由多个克隆细胞产生的针对多种抗原决定簇的混合抗体制剂，也称第一代人工抗体。

20、基因工程抗体是一种第三代抗体，利用DNA重组技术对抗体分子进行切割、拼接或修饰，或者直接合成基因序列，再将基因导入细胞表达产生的抗体。

21、药用酶是指可用于预防和治疗疾病的酶。

参考文献1蛋白药物的制备及展望材料科学与生命科学是21世纪最具发展潜力的2个学科，蛋药物的制备包括蛋白药物的分离纯化、制剂等均与这2个学科紧密相关。

这是因为一方面蛋白药物的分离纯化及制剂均需要各种新型的吸附分离功能材料及生物可相容、可降解、可吸收材料．另一方面蛋白药物的分离纯化给予生命科学的发展。

研究水平以及医疗水平的提高提供了坚实的物质基础。

随着科学与技术的不断发展以及人民对生活质量的要求在不断提高。

蛋白药物的制备必将发展成为21世纪我国最具吸引力的新技术产业之一。

1 蛋白药物的分离纯化方法：由于蛋白药物的种类非常多．目前使用的蛋白药物的分离与纯化的方法也非常多。

在实际操作中，使用的材料以及采取的分离与纯化的方法也是各不相同。

要根据具体选择的目标蛋白来决定．至于分离操作时所使用的条件，则更加千差万别。

一般地讲目前常用的从提取液或发酵液中分离纯化蛋白药物的方法大致有超滤、离心、沉降、萃取、电泳、膜分离、色谱分离等。

其中色谱分离技术是关键的一步，决定了最终产物的纯度。

目前生物制品的分离纯化的费用一般要占总生产成本的5O％以上。

对于基因工程药物．甚至要占到8O％～9O％，这是因为．在重组微生物或动物细胞培养液中提取药物要比传统抗生素的分离提取工艺复杂困难得多．其原因有以下几个方面： (1)提取液中的有效成分相对较低； (2)杂质含量较高； (3)对最终产品的纯度要求高。

在色谱分离中。

要根据分离不同的目标蛋白，选择使用不同的分离介质。

目前大部分分离介质来自国外，因此，如何制备分离介质，也给国内的企业提供了一些机遇．由于蛋白质本身的特异性，对色谱分离介质的选择有一些基本要求。

概括起来有以下几点：1、刚性：应该能够承受在较高流速时所产生的压力：2、亲水性：有些情况下疏水性的分离介质会使蛋白变性：3、孔径：有些蛋白分子体积较大，需要使用大孔径的分离介质才能达到较为理想的分离效果：4、粒径：均匀的粒径可以获得更好的柱效：5、容易衍生化：以便根据目标蛋白的不同，选择使用具有不同功能基的色谱固定相：6、稳定性：以便耐受操作过程不同pH的变化：7、毒性：防止在操作过程从外界引入毒性物质；8、特异性吸附：以便降低蛋白在分离纯化过程中的损失，提高收率；色谱分离时，由于使用的方法不同又可以分为：凝胶过滤层析(或体积排阻层析)、羟基磷灰石层析、离子交换层析、疏水作用层析、反相作用层析以及亲和层析等．各种层析方法的优缺点以及适用范围列于表1。