第八章 亲和色谱
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亲和色谱法的原理及应用一、亲和色谱法的原理亲和色谱法是一种利用生物大分子间的特异性相互作用进行分离和纯化的方法。
其原理是通过靶分子与固相上的配体之间产生亲和结合来实现分离。
亲和色谱法利用了配体与靶分子之间的特异性相互作用,如抗原与抗体的结合、酶与底物的结合等,从而实现对目标分子的选择性捕获。
其分离和纯化效果优于传统的分离方法,成为现代生物科学研究中不可或缺的技术手段。
二、亲和色谱法的应用亲和色谱法在生物学和药物研发等领域中有着广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用案例:1.抗体纯化:亲和色谱法广泛应用于抗体的纯化工艺中。
通过将抗体的抗原特异性与配体结合,可以实现对抗体的高效选择性纯化。
2.蛋白质纯化:亲和色谱法在蛋白质纯化中起到了重要的作用。
通过将某一特定结合配体固定在色谱柱上,可以实现对目标蛋白质的选择性捕获。
3.酶底物亲和纯化:亲和色谱法可利用酶与底物之间的亲和结合进行酶的纯化。
通过将底物或类似物固定到色谱柱上,可实现对酶的选择性捕获。
4.核酸纯化:亲和色谱法可应用于核酸的纯化过程。
通过将亲和配体固定在色谱柱上,可以实现对目标核酸的高效分离。
5.生物药物开发:亲和色谱法在生物药物的开发过程中起到关键作用。
通过分离和纯化目标蛋白质,可以获得高纯度的生物药物。
三、亲和色谱法的优势和局限性使用亲和色谱法进行分离和纯化具有以下优势:•高选择性:亲和色谱法可以实现对目标分子的高度选择性捕获,减少了其他杂质的干扰。
•高纯度:亲和色谱法可以获得高纯度的目标分子,满足进一步研究和应用的需要。
•原位纯化:亲和色谱法能够在原位进行纯化操作,避免了传统离心、沉淀等分离步骤。
然而,亲和色谱法也存在一些局限性:•配体选择性:亲和色谱法的成功与否,取决于配体与靶分子之间的相互作用是否特异、强烈,因此选择合适的配体是亲和色谱法的关键。
•杂质的干扰:亲和色谱法在分离和纯化过程中,有时可能会受到杂质的干扰,导致目标分子的选择性捕获不够理想。
第八章亲和色谱( Affinity chromatography)
第一节生物亲和作用
•生物分子能够区分结构和性质非常相近的其他分子,选择性地与其中某一种分子相结合——生物分子间的这种特异性相互作用称生物亲和作用,通过亲和作用发生的结合称为特异性结合或亲和结合。
一、生物亲和作用的概念
•亲和作用是分子之间的结合作用,自然界普遍存在的现象,生物分子间的亲和作用具有更高的选择性二、亲和作用的本质
必要条件:钥匙和锁孔的关系
此外,还需要具备相互作用:
静电作用;氢键;疏水性相互作用;配位键;弱共价键
•(1) 离子强度三、影响亲和作用的因素静电引力
减弱或完全破坏亲和作用氢键疏水相互作用亲和作用增大静电引力在亲和作用中占重要地位,所以一般可以用高盐洗脱
•蛋白质为多价两性电解质,含有许多解离基团,不同解离基团的解离常数不同。
•(2) pH 值
如果,静电引力对亲和作用的贡献最大,pH 就会严重影响亲和作用。
溶液pH 值选择非常重要。
•(3) 抑制氢键形成的物质
•(4) 温度
•(5) 离液离子
•(6) 螯合剂
四、亲和作用体系
第二节亲和色谱原理
•将具有亲和作用的两种分子中的一种分子与固定粒子共价偶联,可以特异性吸附或结合另一种分子,使另一种分子容易从混合物中得到选择性分离纯化。
•亲和作用分子对中被固定的分子称为其亲和结合对象的配基,亲和色谱的固定相是键合亲和配基的亲和吸附介质。
•操作一般分为进料、杂质清洗、目标产物洗脱和色谱柱再生等4个步骤。
配基
不溶性母体载体或担体
当用小分子化合为作为配基时,由于空间位阻作用,难于与配对的大分子亲和吻合,常在母体与
间隔臂以增大配基与载体之间的距离,使其与生物大分子发生有效的亲和结合。
第三节亲和色谱介质
•①酶的抑制剂与酶的活性部位结合
•生物大分子或小分子化合物
•②抗体单抗和多克隆抗体免疫亲和色谱•③A蛋白相对分子量约42000,与抗体结合,但不影响抗体与抗原结合可用于分离抗体-抗原复合体•④凝集素与糖特异结合的蛋白质的总称,如刀豆蛋白可用作糖蛋白、多糖、糖脂等的亲和配基。
亲和配基
•⑤辅酶和磷酸腺苷脱氢酶和激酶的亲和配基•⑥色素配基脱氢酶、激酶、血清白蛋白、干扰素、核酸酶、溶菌酶和糖解酶等
•⑦过渡金属离子
•Cu 2+,Ni 2+,Zn 2+和Co 2+等可与组氨酸的咪唑基、半胱氨酸的巯基和色氨酸的吲哚基亲和结合。
与咪唑基的结合顺序是Cu 2+>Ni 2+>Zn 2+>Co 2+
•⑧组氨酸
•较低盐浓度、pI时亲和吸附蛋白质,分离pI相差较大的蛋白质,洗脱用增大盐浓度的梯度洗脱法•⑨肝素
•存在于哺乳动物的肝、肺、肠等脏器中的酸性多糖,亲和吸附脂蛋白、脂肪酶、甾体受体、限制性核酸内切酶、抗凝血酶、凝血蛋白质等
亲和层析包括进料吸附、清洗、洗脱和介质再生几个步骤。
吸附操作要保证吸附介质对目标产物有较高的吸附容量,杂质的非特异性吸附要控制在尽可能低的水平。
一般杂质的非特异性吸附与其浓度、性质、载体材料、配基固定化的方法以及流动相的离子强度、pH 和温度等因素有关。
第四节亲和色谱过程分析
缓冲液的离子强度要适当
料液流速是影响层析速度和效果的重要因素。
提高流速虽可加快分离速度,但会降低柱效。
此外,琼
清洗操作目的是洗去介质颗粒内部和颗粒间空隙中的杂质,一般使用与吸附时相同的缓冲液。
洗脱
目标产物的洗脱方法有特异性洗脱和非特异性洗脱。
特异性洗脱剂含有与亲和配基或目标产物具有亲和结合作用的小分子化合物,通过与亲和配基或目标产物的竞争性结合,洗脱目标产物。
非特异性洗脱通过调节洗脱液的pH、离子强度、离子种类或温度等降低目标产物的亲和吸附作用。
,直到无亲和物存在为止,再用平衡缓冲液充
1)层析前:配基
载体2)洗脱:包括:非特异性洗脱和特异性洗脱
亲和层析操作:
亲和层析专一性高,操作条件温和,过程简单,纯化的倍数可达几千倍级,能有效地保持生物活性物质的高级结构的稳定性,其回收率也非常高,对含量极少又不稳定的生物活性药物的分离极为有效,它是一种专门用于分离纯化生物大分子的层析分离技术。
第五节亲和色谱的应用
配基不易得到,亲和吸附剂制备复杂。
1)纯化大分子物质
2) 研究酶的结构与功能:
应用
8.5.1 t-PA的纯化—酶的抑制剂为亲和配基
组织纤维溶酶原激活物剂
8.5.2 干扰素的纯化—免疫亲和色谱
8.5.3 脱氢酶的纯化—色素亲和色谱
8.5.4 淀粉酶抑制剂的纯化—固定化金属离子亲和色谱
固定化金属离子亲和色谱(IMAC)根据蛋白质表面与金属离子螯合的氨基酸残基(如咪唑基、巯基和吲哚基等)的含量和分布的差别分离纯化蛋白质;
适用范围广,无毒副作用,吸附容量高。
采用提高离子强度或降低pH值的逐次或线性洗脱法。
当蛋白质的亲和吸附作用很强时,可利用EDTA等螯合剂,将蛋白质和金属离子一起洗脱下来。
基因重组技术医药产品:干扰素、白细胞介素(IL)、集落刺激因子、胰岛素、胰岛素样生长因子(IGF)和促红细胞生成素(EPO)等。
将具有特殊分子识别作用的基团(如氨基酸、肽链、蛋白质等)的基因与目标产物的基因克隆相连接,制备融合基因,则此融合基因的表达产物就是连接有特定分子识别基团的目标蛋白质—基因重组融合蛋白质,简称融合蛋白。
8.5.5 基因重组融合蛋白的纯化
本章作业
•1.什么是亲和作用?
•2.亲和作用的本质包括哪些方面?•3.影响亲和作用的因素?
•4.亲和色谱的原理是什么?
•5.亲和色谱的配基有哪些?
•6.亲和色谱的应用有哪些方面?。