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  蛋白質純化

  

 

離子交換法

蛋白質表面的帶電基團

 

環境影響分子的帶電性質

陰離子交換法的基本原理

離子取代優先順序

鹽梯度的兩種方式

      

蛋白質表面的帶電基團

 

蛋白質表面有許多具有電荷的基團,可供離子交換之用。

這張圖在 鹽溶及鹽析 出現過,當時是用來說明蛋白質表面的非極性區域,是做為鹽析的基本機制。但是蛋白質表面也有許多帶有正電或負電的離子基團,可以使蛋白質吸附到相對的離子交換膠體上去。

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環境影響分子的帶電性質

環境 pH 的變化會造成分子所帶淨電荷的改變

與這張類似的圖也在 鹽溶及鹽析 出現過,但所要強調的重點還是不變,就是蛋白質分子所帶的淨電荷,會隨著環境的 pH 改變而跟著變化。

因此,若把緩衝液的 pH (如上圖右例 7.0) 調到某蛋白質的 pI (如 6.0) 以上,則此蛋白質的淨電荷將為負,就要使用陰離子交換法,讓蛋白質吸附上去。反之,若把緩衝液調到 pH 5,低於目標蛋白質的 pI,則使用陽離子交換介質可以吸附此蛋白質。

當然,也可以『反向操作』,使用與蛋白質淨電荷相同的交換介質 (或者把緩衝液的 pH 調至蛋白質的 pI),則蛋白質不會被吸附,直接流出,而把大部分的雜質吸附住,也有相當的純化效果,要自行測試。

另外,所使用緩衝液的 pH 不要離目標蛋白質的 pI 太遠,否則目標蛋白質帶了太強的淨電荷,會很強地吸附在離子交換介質上,就必須使用較為劇烈的溶離條件,可能對蛋白質有所傷害。

 P3A2

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陰離子交換法的基本原理

樣本分子競相與交換介質上面的帶電基團結合。 

離子交換法的固定相是擔體上的電荷基團,可為正或負電荷;若擔體帶有正電荷,可吸附著負電荷分子,則為陰離子交換法;不帶淨電荷的分子,以及陽離子則直接流出,不會被吸附上去。這些被固相單體所吸附的離子,統稱為 counter ion,因為其電荷與擔體上的電荷相反 (counter 是 "相反" 的意思)

蛋白質通常以離子鍵吸附,因此要流洗出蛋白質時,必須提高鹽濃度以破壞之,大多使用 NaCl;也可以改變流洗緩衝液的 pH,使得蛋白質的電荷改變而溶離出來,一般多使用前者。蛋白質吸附在擔體上的強弱程度,會影響溶離所需使用的鹽濃度,結合越緊的分子,要使用越高的鹽濃度。而帶有較高電荷的 counter ion,與擔體的結合就愈緊密。

 P3A3

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離子取代優先順序

離子競相結合到擔體上的優先次序,有一定規則。

通常帶電荷數目高者,比帶電荷低者,優先吸附到帶有相反電荷的擔體上。若都帶有相同的電荷數目,則離子體積較大者,比體積小者容易吸附。但是,雖然所帶電荷數目少,離子體積也不大 (例如 H+),但若濃度夠大,也可以取代比它電荷多、體積大的離子。因此,若把緩衝液的 pH 調低 (pH 2),可以把大部分吸附在交換介質上的蛋白質溶離下來。

 P3A4

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鹽梯度的兩種方式

離子交換法多以鹽梯度進行溶離,有兩種梯度做法。

連續梯度需要梯度製造器 (左圖),分別裝有高限及低限溶液,則可拉出由低到高的連續梯度 (中左圖)。階段梯度則依序換各種濃度的緩衝液,成為樓梯般的段落 (中右圖),不須梯度製造器。不管用哪一種,管柱內膠面上方不可以有液體存在 (右圖);這個多餘的體積,稱為 無效空間 (dead volume),會破壞做好的梯度。

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下一小節︰ 親和層析法

 構  造     .     純  化     .     分  析

  

  Protein/Purification/P3

本網頁最近修訂日期: 2001/06/30