第7章 亲和层析

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EDTA(10mmol/L)用以稳定蛋白质中能被重金属催 2016/2/17 化氧化的-SH基。

3.柱操作

选用柱的大小依据a.吸附剂的容量;b.需要纯化
的蛋白质的量。

由于亲和原理,可分离的容量大。样品量可达 总体积只需1~5ml。
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柱体积。为提高分离效率,一般选用粗、短柱。
若靶蛋白是较低的结合常数﹥10-4/M可用较长的 柱,结合较牢、结合常数<10-13 /M则选用短柱。
欲分离物质与亲和吸附剂结合,当结合量较强 时,配体与有效成分紧密结合,随着样品的加入, 亲和成分恒定增加并不断地吸附上柱,形成致密 的复合物带,使吸附容量增至最大,达到饱和。 影响吸附容量除亲和力外和还与pH、离子强度有 关。例:P120
复合物带
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样品中有效成分 在亲和吸附剂上的 吸附量,除了与它
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第二节
一、理想基质的性质
1.
操作
结构是松散的多孔网络,利于大分子的流动与渗透;
2.
颗粒均匀的球形,刚性好,不易溶性,操作压的变化 不引起变形;
物理化学性质稳定; 化学性质是惰性,以降低非特异性的吸附; 带有丰富的化学基团易活化,以结合较多的配体;
3. 4. 5. 6. 7.
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4. 柱流速的控制

在概念上,亲和层析的流速比较快,要求不严格。
但为了使纯化的蛋白质能得到尖的洗脱峰和最小
的稀释度及最大的回收率。故上样品时使用低流
速。 A.太高的流速会降低分离效果和容量; B.用可溶性配体/类似物进行竞争性洗脱时,解离动 力学可能成为速率限制;
C.亲和柱的线性流速需进行优化达到最大的结合容
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■ 亲和层析法的作用机理:
X
A (1) B A (2) (3) A
Washing
Elution
Sample
B 亲和基团 配体
固相载体 2016/2/17
X
B
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特异性配体亲和层析法和通用性配体亲和层 析法:
方法 特异性配体亲和 层析法 配体 性能
复杂的生命大分子 具有较强的吸附选 物质(如抗体、受 择性和较大的结合 体和酶的类似底物 力 等)


亲和层析法
利用生物大分子和固定相表面存在某种特异性吸附而进行选 择性分离的一种生物大分子分离的层析方法。


亲和层析法的实质
是在载体(无机或有机填料)的表面先键和一种具有一般反应 性能的间隔臂,随后再连接配体(酶、抗原、激素等)组成固定 相,而固载的配体高选择地吸附与其有生物特性的大分子而被保 留,非特异的分子不被保留先流出层析柱,保留在柱上的分子将以 2016/2/17 6 纯品形态洗脱下来。


柱层析柱小 Vt=1~1.5ml。 上样量大,达 1/2Vt体积并 对样品的浓度与纯度要求 不高。
操作简单,时间快速。 柱子填充载体昂贵,配体的 特异性,有时找不到适宜的 配体,不适合所有生物大分 11 子样品。


■ 典型的亲和层析操作:
Protein
Activity
pH 2.05
*
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专一性结合的生物体系
常用配体
酶蛋白 抗 体
分离对象
基质类似物、抑制剂、辅酶、底物、产物等 抗原、病毒、细胞
多糖、糖蛋白、细胞表面受体、结合蛋白 互补碱基序列、组蛋白、核酸聚合酶、结合 蛋白 受体、载体蛋白
外源凝集素 核 酸
激素及维生素
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细胞表面特异性蛋白、外源凝集素
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不同活化剂活化载体的偶联条件
活化载体 溴化氰活化载体 温度/℃ pH值 4 9.5 9.5 9.5 时间/h 24 24 30
环氧氯丙烷活化载体 40 1,4-丁二醚活化载体 45
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用溴化氰活化载体
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四、特异性吸附


柱层析柱小 Vt=1~1.5ml。 上样量大,达 1/2Vt体积并 对样品的浓度与纯度要求 不高。
操作简单,时间快速。 柱子填充载体昂贵,配体的 特异性,有时找不到适宜的 配体,不适合所有生物大分 13 子样品。


内容提要
第一节 基本原理 第二节 操作
第三节 提高吸附剂的操作容量
第四节 应用实例
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2.结合吸附条件
目标蛋白质对配体的特异性结合需要最适合的 pH、 缓冲液盐浓度、离子强度、温度。pH起着调节目 标蛋白质分子以及配体分子的电荷基团性质的作 用。

中等盐浓度(0.1~0.15mol/L NaCl)可以稳定溶 液中的蛋白质并防止非特异性的作用。

高盐浓度(2mol/L(NH4)2SO4)能特异性地提高配 体和靶蛋白的疏水作用。
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量和最佳的分离。
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5.洗脱方法
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大体积的平衡缓冲液洗脱亲和力较小的分子; 亲和力稍大时,线性梯度、阶梯分步洗脱;
可改变pH、离子强度实现非特异性的竞争,解吸已结合 的分子;
对亲和力特别大的复合物,除用高浓度的可溶性配体洗 脱外,还需6mol/L盐酸胍、pH1.5,使复合物在合理的 时间内解离。并不破坏靶蛋白的天然构象及生物活性。 以及洗脱后的除盐。

载体的活化


配体的偶联

测定配体结合量,每mL或每g 载体束缚配体的量mg (mg/mL)。一般用直接法和 间接法测定。
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结合能力的测定
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测定方法
活化剂种类
溴化氰(CNBr) 环氧氯丙烷 1,4-丁二醚 戊二醛 高碘酸盐

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常见几种活化剂的活化条件

其它实用性基质

多孔玻璃:不受微生物的侵蚀,对有机溶剂和缓冲液的 组成改变不敏感。保留表面含有羟基,在水溶液中显轻 微负性的表面电荷,对酸性蛋白,病毒,多糖或核酸没 有阻挡和吸附,而可以吸附所有的强碱性蛋白质和一些 中性蛋白质及病毒。

琼脂糖:商品为Sepharose 2B,4B,6B表示2,4和6%的 琼脂糖浓度的珠状凝胶。其化学性质的稳定性弱于葡聚 糖和聚丙烯酰胺,热稳定性差,在pH4-9的环境使用, 在一定浓度的酸碱不导致凝胶颗粒的变化,不被有机溶 剂(乙醇,丙酮)引起收缩,能经受高浓度变性剂而不 2016/2/17 17 改变其吸附性能,故实用性广。
们之间的亲和力有
密切关系外,还与 样品的pH值和离子 强度有关系。
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Baidu Nhomakorabea33
五、层析步骤

样品制备
选择配体
结合步骤
凝胶与配体偶联
装柱操作

流速控制
柱子平衡
洗脱方法
淋洗

洗脱目标样品
柱子再生
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1.样品制备

除去颗粒、细胞碎片、膜片段等; 样品的浓缩、除去蛋白酶及其抑制剂; 可以通过盐析方法沉淀杂蛋白或离子交换 层析法对样品进行预处理。
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内容提要
第一节 基本原理 第二节 操作
第三节 提高吸附剂的操作容量
第四节 应用实例
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第一节 基本原理
M L S
蛋白质2与配体无 生物学特异性
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亲和层析的概念


亲和力
根据生物体中高分子化合物能与之相对应的专一分子特异识 别和可逆结合的特征,将生物分子间的这种结合能力称为亲和力.
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蛋白质亲和层析中的合适配体
配体
抗原
待纯化的蛋白质
特定单克隆抗体或多 克隆抗体 特定抗原 免疫球蛋白 蛋白酶 磷酸酶 脱氢酶、激酶、聚合 酶、限制酶、干扰素
配体
肝素
待纯化的蛋白质
凝聚因子、脂酶、结 缔组织蛋白酶、DNA聚 合酶 胆固醇受体、胆固醇 结合蛋白 脂肪酸结合蛋白、白 蛋白 核苷酸结合蛋白、需 核苷酸的酶 糖蛋白 糖蛋白
通用性配体亲和 层析法
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简单的小分子物质 成本低廉,具有较 (如金属、染料、 高的吸附容量,通 以及氨基酸等) 过改善吸附和脱附 条件可提高层析的 分辨率 10
亲和层析的特点:

条件温和:不影响样品的生 物活性,适合生物大分子的 操作。 纯化效率高:一步法分离和 纯化混合物中的样品,提纯 达几千倍,得到高纯度样品。 选择性强:依据生物学特异 性,而非物理化学性质分离 原理.故特异的层析图为2 个峰,第1个为杂峰,第2峰 2016/2/17 为纯品。

①用NaCl梯度洗脱特异的静电作用结合的蛋白质; ②疏水结合的复合物,加入乙二醇降低水溶液的极性;
第七章
亲和层析
Affinity chromatography
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技术背景
一般纯化蛋白质、核酸等大分子物质的方
法的主要依据是,各种大分子之间理化特 性的差异性。
如果这种差异性较小,要得到一种纯度稍
高的物质,常常需要进行多次繁琐的操作, 耗费较长的时间,但最终收得率却是很低。
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活化剂 溴化氰 温度/℃ 4 pH值 10 13 13 时间/min 10-30 120 120
环氧氯丙烷 45-56 1,4-丁二醚 50
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载体的偶联条件

pH:最佳pH在8-10之间 缓冲溶液:碳酸氢钠、硼酸盐,不能用Tris和其他
含氨基的缓冲液

温度和时间
偶联配体浓度:每毫升凝胶选用配体1-20umoL

2.配体的分类

单特异性配体:只结合一个或很小数量的蛋白质,识别 小分子的局限性强,甾体激素和酶抑制剂属于此类配体。 大分子单特异性配体:抗体-抗原结合是大分子单特异 性配体及其目的蛋白的最重要的例证。 组特异性配体(通用性配体):是指一类像辅酶、维生 素/辅因子或它们的类似物,它们可以同几种不同蛋白 的共同位点相结合。是识别一类小分子物质的配体。 大分子组特异性配体:是识别一类大分子物质的配体。 凝集素和一些免疫球蛋白结合蛋白、伴刀豆球蛋白与糖 蛋白结合等。
物大分子之间的亲和力。
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配体的选择
固定在固相载体上的配体具有与目的蛋白能够选 择性地结合并形成稳定复合物的能力。 复合物的稳定性取决于配体与蛋白质结合位点之 间结合的紧密程度。 足够强的结合要求配体能够精确的嵌合在结合位 点内。 解离常数的范围在10-5~10-8/M时适合于亲和层析 过程。当解离常数﹥10-3 时,配体与蛋白质的 结合力较弱,在层析过程中拉不牢目的蛋白,选 择性过低;当解离常数 <10-15 时,亲和力太大, 洗脱时得用激烈的和苛刻的、甚至是变性的条件。 2016/2/17 20 这对分离生物活性样品是忌讳的。
高度亲水性,易与水溶液中的生物大分子结合;
抗微生物和酶的侵蚀。
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具有实用价值的基质
纤维素:用于抗体与酶的纯化,如分离酪氨酸酶,酪 氨酸酶的抑制剂连接到纤维素上,一步将酶纯化几百 倍。 但其纤维性及非均一性限制了大分子的渗入;有非 专一性吸附。 葡聚糖凝胶:良好的化学及物理稳定性,多孔性的结 构利于生物大分子的分离。但其膨胀度变化大,应用 受限制。 聚丙烯酰胺凝胶:物理化学性质稳定,抗微生物侵蚀 , 可提供很多供化学反应的酰胺基,提高配基的浓度。 适合于配基和亲和物之间亲和力较弱的系统。但不易 2016/2/17 16 引入间隔臂,受到限制。
单克隆抗体 蛋白质A/蛋白 质G 蛋白酶抑制剂 磷酸 三嗪染料
胆固醇 脂肪酸 核苷酸 苯基硼酸 盐 凝集素
抗生物素蛋白 2016/2/17
含生物素的酶

凝集素、糖苷酶
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三、亲和吸附剂的制备

一般用CNBr衍生载体的功能基 团,产生的亲电基团可以同配 体的亲核基团(-NH2,-SH,- OH)反应。或者相反。 用物理与化学的方法把配体偶 联到基质上。化学偶联法是通 过配体对活化的载体材料进行 亲核攻击实现的.
Elution volume
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亲和层析的特点:

条件温和:不影响样品的生 物活性,适合生物大分子的 操作 纯化效率高:一步法分离和 纯化混合物中的样品,提纯 达几千倍,得到高纯度样品 选择性强:依据生物学特异 性,而非物理化学性质分离 原理.故特异的层析图为2 个峰,第1个为杂峰,第2峰 2016/2/17 为纯品
二、配基(配体)的选择

任何大分子或小分子蛋白、核酸(或其他分 子)有特异结合的都可以作为配体;配体是 有一定局限性,只能特异性地与某一种物质 结合,而这种结合是可逆的,利用此性质可 提取、纯化与配体特异结合的物质。
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1.配体的选择
优良的配体必须具备两个条件:

配体与生物大分子具有合适的亲和力; 配体具有与载体牢固地结合,又不影响与生
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