相比稀釋和透析兩種方法,色譜柱複性收率高(高達90%以上)、快速、易放大,樣品稀釋倍數小(一般5倍左右)。下麵詳細介紹色譜柱複性的具體方法和特點。
(1)IEC複性由於變性蛋白質與固定相之間所帶電荷不同,使得變性蛋白質吸附於固定相表麵,這可以避免複性過程中蛋白質的聚集作用。在用複性液洗脫的過程中,變性蛋白質進行吸附-解吸附-再吸附的複性過程。IEC含鹽的緩衝流動相係統十分類似於蛋白質穩定存在的生理液條件,有利於增加其活性回收率。其固定相基體主要是親水共聚物。
例如,將DEAE-纖維素卷成柱狀裝入層析柱中,使用等濃度洗脫,對重組白細胞分泌抑製因子成功地進行了複性和純化,與傳統的稀釋法相比其蛋白質濃度提高了6.4倍,且46%的蛋白質可以獲得複性,質量收率為96%,而時間隻用了5min。
(2)HIC複性這是基於蛋白質與介質的疏水性相互結合,實現蛋白質與極性變性劑的分離而促使蛋白質複性的方法。當變性蛋白質、變性劑和雜蛋白進入HIC柱後,變性蛋白質被固定相吸附的同時除去以水合狀態附著在蛋白質表麵和固定相表麵接觸區域的水分子,使水化的變性蛋白質瞬間失水,並形成局部疏水環境以利於蛋白質分子形成疏水核,並從疏水核開始折疊。隨著流動相的不斷變化,變性蛋白質逐漸被複性,最後被洗脫液洗脫下來。一些結合力強的修飾試劑添加到複性緩衝液中可降低疏水相互作用並促進複性。添加劑可對天然的、變性的或處於中間態的蛋白質的溶解性和穩定性產生影響。與其他的色譜複性法相比,HIC的固定相促進變性蛋白質疏水核心的形成,所以HIC比其他色譜法更利於複性,並獲得較高的活性回收率。
例如,HIC對重組人幹擾素-γ(rhIFN-γ)和rhIFN-α分別在複性的同時進行了純化。rhIFN-γ的鹽酸胍提取液在40min內使用一次層析過程就可以使其純度達到85%,活性收率為稀釋法的2~3倍。
(3)親和色譜複性親和色譜複性是利用固定相中的配體與目標蛋白質之間特異性的吸附作用,使得目的蛋白可以保留在固定相中,蛋白質與變性劑分離,而後在洗脫過程中進行複性。依其親和色譜柱端基的不同,可將其分為:固定化金屬親和色譜、分子伴侶親和色譜和脂質體親和色譜。由於配體與目的蛋白間的作用特異性強,而且不同配體與蛋白質間的作用差別較大,所以親和色譜作為蛋白質複性的機理比較複雜。
① 固定化金屬離子螯合色譜:金屬螯合色譜複性主要是針對具有組氨酸標簽的基因工程蛋白質。目前最常用的親和色譜複性柱為Ni2+親和色譜柱。這種固定化金屬親和色譜柱的端基可以與末端標記有組氨酸的蛋白質分子有特異的親和作用,蛋白被結合在色譜柱上,避免了分子間的疏水作用,具有分子伴侶的功能。多聚His標簽與固定化的二價金屬離子甚至在高濃度變性劑存在下,仍可形成高親和力複合物,利於標簽蛋白的分離和複性。
② 分子伴侶親和色譜:分子伴侶親和色譜介導蛋白質的複性同它在溶液中的作用一致,與HIC有相似之處。分子伴侶在複性蛋白質時,為變性的蛋白質提供一個疏水性的中空環狀疏水腔,當變性蛋白質進入空腔後,可部分避免或完全消除變性蛋白質分子間的相互聚集作用,使蛋白質在疏水環境下進行“結合—釋放—再結合”的循環過程,直到其恢複到天然的構象狀態。一些分子伴侶如:Gro EL和Gro ES對複性的促進作用也與親和作用複性相類似。將分子伴侶固定化在凝膠介質上,避免了在溶液中直接添加分子伴侶所產生的後期純化問題和無法回收所帶來的高成本。
例如,將分子伴侶/DSBA/PPI-瓊脂糖鍵合到填料上,合成一種三組分的親和色譜介質,將其用於還原變性的蠍子毒素Cn5的複性,其質量收率為87%,活性收率達到100%。
③ 脂質體親和色譜:根據脂質體可以幫助溶液中的蛋白質複性的特點,可以將脂質體作為配體共價結合到色譜介質上。脂質體可作為一種雙水相係統,有人工分子伴侶的功能。它對不同濃度變性劑變性的具有不同分子構象的蛋白質有高度的選擇性,而不同分子構象的蛋白質在柱子上的存留與局部疏水性相關。在蛋白質複性過程中,脂質體色譜柱能夠鍵合蛋白折疊中間體,抑製其發生分子間的聚集反應,從而提高活性產量。
(4)擴張床吸附複性該技術是利用擴張床吸附色譜直接從細菌裂解變性液中捕獲並複性目標蛋白質。其過程是將細菌破碎液直接加入高濃度的變性劑,然後上樣到擴張好的柱床上。在上樣過程中,細胞碎片和不吸附的雜質流穿掉,而變性蛋白被吸附在凝膠上,然後用含變性劑的緩衝液清洗掉剩餘雜質,再用不含變性劑的緩衝液洗掉變性劑,將擴張床沉降後,用洗脫緩衝液將目標蛋白質洗脫下來,而通過吸附、清洗和洗脫的過程,變性蛋白質得以複性並獲得初步純化,這一技術節省了細菌破碎液的澄清過程,將澄清、捕獲、純化、複性結合為一體,是很有潛力的純化和複性技術。
(5)凝膠過濾色譜複性凝膠過濾色譜複性又稱體積排阻複性,是一種廣泛應用的色譜技術。1994年,美國科學家M.H.Werner等首次實現了用凝膠過濾對大腸杆菌RNA酶A,rhETS-1和硫氰酸酶的複性。與常用的稀釋複性法相比,凝膠過濾色譜複性能在高的起始蛋白質濃度下對蛋白質進行複性,活性回收率較高,同時又能使目標蛋白質得到一定程度的純化。凝膠過濾複性時,除了蛋白質在膠粒中的傳質和擴散外,蛋白質與介質之間並不發生其他任何作用,複性過程始終發生在溶液中。蛋白質在伸展狀態中,每個蛋白質分子的伸展狀態都會有差別,而不同伸展狀態的蛋白質分子在凝膠顆粒內部擴散所受到的限製也不相同,有的會擴散入顆粒內部深一些,有的會淺一些,這使不同伸展狀態的蛋白質分子達到一定程度的分離,這樣蛋白質分子間相互作用的機會就大大減少,從而起到一定抑製凝集的作用;即使發生了部分凝集,凝集的蛋白質會附著在膠粒上,而不隨著溶液向下運動,這樣後麵的變性劑可以趕上凝集的蛋白質,使其重新溶解並變性;並且在凝膠過濾中脲等變性劑脫除得相對較慢,這對有些蛋白質的複性是有利的。在普通凝膠過濾中,變性劑和還原劑的脫除雖較稀釋複性慢,但變性蛋白質仍會經曆變性劑濃度突然變化的過程。
為了克服這一缺陷,采用脲梯度凝膠過濾複性可以獲得很好的效果。脲梯度複性是樣品上柱前用複性緩衝液平衡柱子,接著使變性劑濃度遞減(如從6mol/L鹽酸胍或8mol/L尿素下降到複性緩衝液中預先確定的變性劑的濃度)。此法為蛋白質複性提供了一個較溫和的環境,實現了線性去除變性劑,對高濃度變性蛋白質的複性效果十分顯著。對初始濃度為17mg/mL的還原變性溶菌酶,在40min內可以得到高達90%的活性收率。此外他們在脲梯度凝膠過濾的基礎上發展了pH和脲濃度雙梯度凝膠過濾法用於蛋白質複性,效果很好。
5.高蛋白質濃度下的複性
通常有兩種方法,一是緩慢地連續或不連續地將變性蛋白質加入到複性緩衝液中,使得蛋白質在加入過程中或加入階段之間有足夠的時間進行折疊複性;二是采用溫度跳躍式複性,即讓蛋白質先在低溫下折疊複性,以減少蛋白質聚集的形成,當形成聚集體的中間體已經減少時,迅速提高溫度以促進蛋白質折疊複性。此外,吸附法、反膠束法和雙水相萃取法等都可用作蛋白質的複性。