重组蛋白包涵体表达的复性和纯化

复性常用方法
稀释\透析\超滤复性法 折叠促进剂协助复性法：表面活性剂、PEG、分子伴侣等 反相胶团复性法、双水相体系复性法
层析折叠复性（固相复性）：凝胶过滤层析（GF）、亲 和层析（AFC） 、离子交换层析（IEC） 、疏水层析 （HIC）等
复性
复性的成功秘诀在于促进主要途径抑制导致聚集体形成的竞争性途 径，通常需要仔细优化大量参数：蛋白浓度、温度、时间、pH、缓 冲添加剂等等
分 类 作用机理 适应性 可达较高破碎率，可大规模操作，不适 合丝状菌和革兰氏阳性菌 可达较高破碎率，可较大规模操作，大 分子目的产物易失活，浆液分离困难 高压匀浆法 液体剪切作用 珠磨法 固体剪切作用
物 超声破碎法 液体剪切作用 理 破 渗透压法 渗透压剧烈改变 碎 反复冻融法 反复冻结-融化
对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈， 不适合大规模操作
疏水色谱（HIC）
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离子交换色谱(Ion Exchange Chromatography，IEC)
疏水色谱（HIC）
疏水相互作用色谱 （Hydrophobic Interaction Chromatography HIC）原理是在高浓 度的盐溶液中，蛋白 质会被吸附到疏水色 谱填料的疏水基团上， 当逐渐降低盐浓度时， 它们会按疏水性的强 弱先后被洗脱。
• 包涵体的溶解
目
二硫键 次级键 盐酸胍、尿素 SDS、Triton 100 巯基乙醇、DTT
的
变性剂 去污剂 还原剂
如何使包涵体的构型复原成正确状态？
• 蛋白质的复性：包含体蛋白质溶解于变性剂溶液中，呈变性状 态，所有的氢键、疏水键全部被破坏，疏水侧链完全暴露，但一 级结构和共价键不被破坏，当除去变性剂后，一部分蛋白质可以 自动折叠成具有活性的正确构型，这一折叠过程称为蛋白质复性。
包涵体形成：Advantages
1、细菌的生长快速利于大规模生产。包涵体形式表达的蛋白 质浓度比较高，有时甚至可以达到细胞总蛋白含量的40%
2、重组蛋白质以包涵体形式存在→包埋了酶攻击的位点，可 以最大限度地抵抗蛋白质酶的攻击 3、分离比可溶蛋白质的分离方法简便，造价低，使用简单的 离心或者过滤的手段就能使包涵体与宿主细胞的其他蛋白质成 分进行有效的分离 4、有些表达的外源蛋白质对细胞有毒性或者致死，大量表达 时会导致细胞的死亡，最终的细胞数量和产物相当低；而包涵 体形式的蛋白质因丧失了生物活性→高效地表达
亲和色谱(Affinity Chromatography，AFC)
生物体内许多大分子化合物具有与其结构相对应的专一分子可 逆结合的特性(亲和力)。 把与目的产物具有特异亲和力的生物分 子固定化后作为固定相，则当含有目的产物的混合物(流动相)流经 此固定相时，即可把目的产物从混合物中分离出来。
亲和色谱(Affinity Chromatography，AFC)
破碎率较低，常与其他方法结合使用 破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的产 物
干燥法 X-press法
改变细胞膜的渗透性 固体剪切作用
条件变化剧烈，易引起大分子物质失活 破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感 目的产物不适合
具有高度专一性，条件温和，浆液易分 离，溶酶价格高，通用性差 具一定选择性，浆液易分离，但释放率 较低，通用性差
重组蛋Biblioteka Baidu药物包涵体表达、 复性和分离纯化
姓名：何云凤
时间：20160827
发酵液 细胞分离 胞内产物 细胞破碎 固液分离 包涵体 变性 细胞碎片分离 浓缩 初步分离 高度纯化 制剂 产品 胞外产物
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复性
基因工程制品分离纯化的一般流程
包含体的形成和性质
• 在大肠杆菌中表达的基因工程蛋白常常以包涵体的形式 沉积于细胞内，表现为无活性的不溶性聚集物 包涵体：外源目的基因在宿主系统中高水平表达时，因各种原 因导致基因表达产物的一级结构（即氨基酸序列）虽然正 确，而其高级结构是错误的，即：没有生物活性的包涵体。 包涵体直径约0.5-1μm，具有很高的密度（约1.3 mg/ml）， 相差显微镜下有折光性，呈非水溶性，只溶于高浓度变性 剂如尿素、盐酸胍等。
色谱过程及其分类
• 色谱法是利用混合物中各组分物理化学性质的差异（如吸附力、分子 形状及大小、分子亲和力、分配系数等），使各组分在两相（一相为 固定的，称为固定相；另一相流过固定相，称为流动相）中的分布程 度不同，从而使各组分以不同的速度移动而达到分离的目的。
层析填料的选择
凝胶过滤色谱
凝胶过滤色谱(Gel Filtration Chromatography GFC)又称为分子排阻色谱(Size Exclusion Chromatography SEC），凝胶色谱主要用于脱盐、分级分离及分子量 的测定。
包涵体加工流程
机械破碎法
包涵体提 取
离
心
去除细胞碎片 （ 膜蛋白和脂类等）
如何对包涵体蛋白进行高效体外复性以获得活性产品是生物工程产业化 的一个难题
细胞破碎
细胞破碎就是采用物理、化学、酶或机
械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和
细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释
放到液相中。
常用破碎方法（按细胞所受作用）
包涵体形成的几种可能性
研究发现：低表达时很少形成包涵体，表达量越高越易形成 包涵体。 1）少量蛋白产生时是可溶的，表达量过高，积聚量超过其 在细胞内溶解度时沉淀； 2）合成速度太快，以至于没有足够的时间进行折叠，二硫 键不能正确配对； 3）重组蛋白是大肠杆菌的异源蛋白，由于缺乏真核生物中 翻译后修饰所需酶类，致使中间体大量积累，容易形成包 涵体沉淀。 4）重组蛋白的氨基酸组成，一般说来含硫氨基酸越多、Pro 含量越高越容易形成包涵体。 5）重组蛋白所处的环境：发酵温度高时容易形成包涵体。
酶分解作用 化 酶溶法 学 破 化学渗透法 改变细胞膜渗透性 碎
包涵体的洗涤
细胞破碎后，包含体呈颗粒状，致密。
洗涤的重要性：收集的沉淀中，除包涵体外，
还包括许多杂质，如膜蛋白、肽聚糖、脂多糖 等，复性时会与目标蛋白一起复性形成杂交分 子而聚集，给后步纯化带来困难。 洗涤剂：温和的表面活性剂（Triton X-100）、 低浓度的弱变性剂（如尿素）或脱氧胆酸等。 能溶解除去部分膜蛋白和脂质类杂质。 洗涤剂浓度以溶解杂质，不溶解包涵体中表达 产物为原则。
离子交换色谱(Ion Exchange Chromatography， IEC)
离子交换色谱是基于离 子交换树脂上可电离的离子与 流动相中具有相同电荷的溶质 离子进行可逆交换，由于混合 物中不同溶质对交换剂具有不 同的结合力而将其分离。 该法适合于离子和在溶 剂中发生电离物质的分离。 离子交换色谱广泛用于生物大 分子分离纯化，特别是在蛋白 质、多肽、核酸等生物物质的 分离纯化。