在蛋白質分離純化理論的基礎上,本章重點以幾類重要特征蛋白質:抗體、膜蛋白、鈣調蛋白、生物活性酶、重組蛋白包涵體為代表,根據這幾類典型蛋白質的具體結構特點或理化性質,分別討論它們的純化策略和操作程序。
抗體(antibody)是機體在抗原物質刺激下,由B細胞分化成的漿細胞所產生的、可與相應抗原發生特異性結合反應的免疫球蛋白。1964年,世界衛生組織舉行專門會議,將具有抗體活性以及與抗體相關的球蛋白統稱為免疫球蛋白(Ig)。免疫球蛋白是結構及化學的概念,而抗體是生物學及功能的概念。可以說,所有抗體都是免疫球蛋白,但並非所有免疫球蛋白都是抗體。
免疫球蛋白普遍存在於哺乳動物和人類的血液、組織液和外分泌液中。人體的免疫球蛋白主要有五類:IgM、IgA、IgG、IgD、IgE。隨著生物科技的迅速發展,抗體的來源也越來越廣泛,包括天然抗體、單克隆抗體及通過基因工程方法製備的抗體。由於抗體生產及表達係統的多樣性,使得抗體的分離純化更為複雜。目前,常用的分離方法可分為沉澱法、IEC法及基於親和技術的方法,如親和沉澱法、親和色譜法等。
一、抗體的結構
抗體是具有4條多肽鏈的對稱結構,其中2條較長、相對分子質量較大的相同的重鏈(H鏈);2條較短、相對分子質量較小的相同的輕鏈(L鏈)。鏈間由二硫鍵和非共價鍵聯結形成一個由4條多肽鏈構成的單體分子。輕鏈有κ和λ兩種,重鏈有μ、δ、γ、ε和α五種。
整個抗體分子可分為恒定區和可變區兩部分。在給定的物種中,不同抗體分子的恒定區都具有相同的或幾乎相同的氨基酸序列。可變區位於“Y”的兩臂末端。在可變區內有一小部分氨基酸殘基變化特別強烈,這些氨基酸的殘基組成和排列順序更易發生變異的區域稱高變區。高變區位於分子表麵,最多由17個氨基酸殘基構成,少則隻有2~3個。高變區氨基酸序列決定了該抗體結合抗原的特異性。一個抗體分子上的兩個抗原結合部位是相同的,位於兩臂末端,稱抗原結合片段(antigen-binding fragment,Fab)。“Y”的柄部稱為結晶片段(crystalline fragment,Fc),糖結合在Fc上。
二、抗體粗分離的方法
1.鹽析法
蛋白質在水溶液中的溶解度是由蛋白質周圍親水基團與水形成水化膜的程度,以及蛋白質分子帶有電荷的情況決定的。當用中性鹽加入蛋白質溶液,中性鹽對水分子的親和力大於蛋白質,於是蛋白質分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。同時中性鹽加入蛋白質溶液後,由於離子強度發生改變,蛋白質表麵電荷大量被中和,更加導致蛋白溶解度降低,使蛋白質分子之間聚集而沉澱。
用硫酸銨鹽析法從血清中分離純化IgG的操作步驟。
2.冷酒精沉澱法
冷酒精沉澱法分離過程。
3.辛酸/硫酸銨法
在酸性條件下(pH4.5),非IgG的蛋白質成分(包括白蛋白,部分Ig),能被辛酸等短鏈脂肪酸沉澱,上清液中剩餘的蛋白質主要為IgG,再用硫酸銨沉澱上清液,即可獲得純度較高的IgG。辛酸/硫酸銨法比硫酸銨鹽析法能夠獲得更高純度的IgG。
三、抗體細分離的方法
1.DEAE-Sephadex A-50柱層析法(DEAE-C層析法)
(1)原理DEAE-Sephadex A-50(二乙氨基乙基-葡萄糖凝膠A-50)為弱堿性陽離子交換劑。用NaOH將Cl-型轉變為OH-型後,可吸附酸性蛋白。血清中的γ球蛋白屬於中性蛋白(等電點為6.85~7.5),其餘均屬酸性蛋白。pH7.2~7.4的環境中,酸性蛋白均被DEAE-Sephadex A-50吸附,隻有γ球蛋白不被吸附。因此,通過柱層析,γ球蛋白在洗脫中先流出,而其他蛋白質則被吸附在柱上,從而便可分離獲得純化的IgG。