蛋白质纯化策略
蛋白质的分离纯化方法
1、透析和超过滤 w利用蛋白质分子不能透过半透膜将其 与小分子物质分开 w半透膜为玻璃纸或纤维素材料
加
压
血液透析
血液
透析液
小分子溶出 小分子被带出
透析机
利用蛋白质分子不能穿越半透膜的性质,将蛋白提取液置 于透析袋中,透析袋置于纯水,蒸馏水,或缓冲液中,蛋白质 溶液中的小分子物质穿越半透膜,从而实现纯化蛋白质的 目的.
• 从离心管底部钻空,分段收集 样品,实现蛋白质分离
3、凝胶过滤
凝胶一般由葡聚糖制 成,含有很多微孔
小分子蛋白质进入微 孔内,因而滞流时间长
大分子蛋白质不能进 入微孔而径直流出
3、凝胶过滤
（二）利用溶解度差别的纯化方法
1.等电点沉淀 调整溶液pH 不同蛋白在各自 pI处依次沉淀
2.盐溶和盐析 3.有机溶剂分级分离法
w降低介电常数 w争夺水化膜
等电聚焦电泳
双向电泳
（三）利用电荷差异
离子交换层析 蛋白质按照在相应pH条
件下所带电荷的不同而 以不同的速率向下移动 带有更多负电荷的蛋白 质以更快的速率被洗脱 分段收集渗出液,实现蛋 白质的分离
（四）利用对配体的特异生物学 亲和力的纯化方法
具有பைடு நூலகம்强的专一性
亲和色谱颗粒
利用压力或离心力,强 行使水或其他小分子 溶质透过半透膜,而使 蛋白质留在膜上,以达 到纯化的目的(脱盐和 浓缩)
2、密度梯度离心
• 将蔗糖溶液加入离心管中进行 离心建立蔗糖梯度
• 仔细将蛋白质样品(混合物)加 入蔗糖梯度的顶端,再次离心 沉降
• 当蛋白质达到和自己相同的密 度梯度时停止移动
• 于是在不同的蔗糖梯度中存在 的蛋白质不同
对蛋白质分离纯化的方法
对蛋白质分离纯化的方法
蛋白质分离纯化的方法有很多种，常用的方法如下：
1. 溶液的分离：利用差速离心、过滤或超滤等方法，将悬浮液或溶液中的蛋白质与其他组分分离开。
2. 色谱层析：将蛋白质溶液经过色谱柱，利用分子大小、电荷、亲疏水性等物理性质作用于柱内填充物，实现蛋白质的分离纯化。
3. 电泳：利用蛋白质在电场中的电荷性质以及大小和形状的差异，在凝胶电泳或毛细管电泳中进行分离纯化。
4. 凝胶过滤：利用凝胶的孔隙结构，根据蛋白质的分子大小将蛋白质分离开。
5. 亲和层析：利用蛋白质与亲和配体之间的特异性相互作用实现分离纯化。
6. 离子交换层析：利用蛋白质与离子交换树脂之间的电荷相互作用实现分离纯化。
7. 逆流电泳：利用蛋白质在电场中的电荷性质和溶液中的流动，通过逆流电泳系统实现蛋白质的分离纯化。
8. 蛋白质沉淀：利用加入盐、酸、有机溶剂等物质改变蛋白质的溶解度，使其沉淀下来。
以上是常用的蛋白质分离纯化方法，不同方法适用于不同的蛋白质特性和实验目的。
需要根据具体情况选择合适的方法进行操作。
akta蛋白纯化 (3)
akta蛋白纯化引言蛋白纯化是生物化学研究中非常重要的一步。
在研究蛋白的结构和功能时，通常需要从混合物中分离和纯化目标蛋白。
akta系统作为一种常用的蛋白纯化设备，可以自动化地进行蛋白纯化过程，大大提高实验的效率和准确性。
本文将介绍akta蛋白纯化的基本原理和操作步骤，以及常见的纯化策略。
akta蛋白纯化的基本原理akta蛋白纯化系统通过色谱技术实现蛋白的分离和纯化。
色谱技术是一种基于蛋白在固定相和流动相之间相互作用的分离方法。
akta系统利用液相色谱柱来实现这一过程，可以根据蛋白的种类、大小、电荷、亲疏水性等特性选择不同的柱子和流动相，从而实现高效的分离和纯化。
akta蛋白纯化的操作步骤步骤一：准备工作在进行akta蛋白纯化之前，需要进行一些准备工作。
首先，准备好需要纯化的蛋白样品，可以是细胞裂解液、培养基等。
其次，准备好色谱柱和流动相，根据蛋白的性质选择合适的柱子和流动相。
最后，确保akta系统和相关设备已经连接并正常运行。
步骤二：设定操作参数在进行akta蛋白纯化之前，需要设定一些操作参数。
首先是选择合适的柱子和流动相，根据蛋白的特性选择合适的参数。
其次是设定流速和梯度，根据实验需求进行调整。
最后，设定采集参数，包括采集分数和容器类型等。
步骤三：样品加载和洗脱将准备好的蛋白样品加载到akta系统中的色谱柱中。
在加载前，可以进行一些预处理，如预洗柱子、平衡流动相等。
加载完成后，开始进行洗脱步骤，通过改变流动相的成分或浓度来逐渐洗脱目标蛋白。
通过监测洗脱曲线或使用特定检测方法，可以确定目标蛋白的洗脱时间和分数。
步骤四：分析和收集在洗脱过程中，可以通过吸光度检测或使用其他特定方法对洗脱的分数进行分析，以确定目标蛋白的纯度和浓度。
根据需要，可以选择采集纯化后的目标蛋白，纯化后的蛋白可以被用于进一步的实验研究。
常见的akta蛋白纯化策略akta蛋白纯化系统可以根据不同的需求应用于不同的纯化策略。
以下是一些常见的纯化策略：方法一：亲和层析亲和层析是一种基于蛋白质与配体之间的特异性相互作用进行纯化的方法。
常用的蛋白质纯化方法和原理
常用的蛋白质纯化方法和原理蛋白质的纯化是生物化学研究中非常重要的一步，纯化蛋白质可以用于结构解析、功能研究、动态过程研究等各种生物学实验。
常用的蛋白质纯化方法有盐析法、凝胶过滤法、离子交换色谱法、亲和色谱法、逆渗透法和层析法等。
下面将对这些方法的原理和步骤进行详细阐述。
1. 盐析法盐析法是根据蛋白质在溶液中的溶解性随盐浓度的变化而变化的原理进行蛋白质的纯化。
该方法是利用蛋白质在高盐浓度下与水结合能力降低，使其从溶液中沉淀出来。
应用盐析法时，需要先调节溶液的盐浓度使蛋白质溶解，然后逐渐加入盐使其过饱和，蛋白质便会析出。
最后通过离心将蛋白质的沉淀物分离，得到纯化的蛋白质。
2. 凝胶过滤法凝胶过滤法是利用凝胶的pores 来分离蛋白质的一种方法。
凝胶通常是聚丙烯酰胺（也称作Polyacrylamide）或琼脂糖。
研究者将蛋白质样品加入到过滤膜上，较小的蛋白质能够通过pores，较大的分子则被排出。
通过选择不同大小的凝胶孔径，可以根据蛋白质的大小来选择合适数目的过滤膜。
凝胶过滤法需要进行缓冲液体积的连续换流，将蛋白质与其他杂质分离开来。
3. 离子交换色谱法离子交换色谱法是利用蛋白质与离子交换基质之间静电吸引力的不同而分离的方法。
离子交换基质通常是富含正离子或负离子的高分子材料。
在离子交换色谱法中，样品溶液在特定的pH 下流经离子交换基质，带有不同电荷的蛋白质能够与基质发生反应，吸附在基质上。
为了获得纯化蛋白质，需要通过梯度洗脱，逐渐改变缓冲液pH 或离子浓度，使吸附在离子交换基质上的蛋白质逐渐释放出来。
4. 亲和色谱法亲和色谱法是利用蛋白质与特定的配体相互作用特异性进行分离的方法。
配体可以是天然物质，如金属离子、辅酶或抗体，也可以是人工合成的结构。
在亲和色谱法中，样品溶液经过含有配体的固定相，与配体发生特异性相互作用，蛋白质与其它组分分离。
然后可以通过改变某些条件（如pH、温度或离子浓度）来洗脱纯化的蛋白质。
蛋白质的分离纯化
蛋白质的分离纯化一，蛋白质（包括酶）的提取大部份蛋白质都可溶于水、稀盐、稀酸或碱溶液，少数与脂类结合的蛋白质那么溶于乙醇、丙酮、丁醇等有机溶剂中，因些，可采纳不同溶剂提取分离和纯化蛋白质及酶。
（一）水溶液提取法稀盐和缓冲系统的水溶液对蛋白质稳定性好、溶解度大、是提取蛋白质最常用的溶剂，通常用量是原材料体积的1-5倍，提取时需要均匀的搅拌，以利于蛋白质的溶解。
提取的温度要视有效成份性质而定。
一方面，多数蛋白质的溶解度随着温度的升高而增大，因此，温度高利于溶解，缩短提取时间。
但另一方面，温度升高会使蛋白质变性失活，因此，基于这一点考虑提取蛋白质和酶时一般采用低温（5度以下）操作。
为了避免蛋白质提以过程中的降解，可加入蛋白水解酶抑制剂（如二异丙基氟磷酸，碘乙酸等）。
下面着重讨论提取液的pH值和盐浓度的选择。
1、pH值蛋白质，酶是具有等电点的两性电解质，提取液的pH值应选择在偏离等电点两侧的pH 范围内。
用稀酸或稀碱提取时，应防止过酸或过碱而引起蛋白质可解离基团发生变化，从而导致蛋白质构象的不可逆变化，一般来说，碱性蛋白质用偏酸性的提取液提取，而酸性蛋白质用偏碱性的提取液。
2、盐浓度稀浓度可促进蛋白质的溶，称为盐溶作用。
同时稀盐溶液因盐离子与蛋白质部分结合，具有保护蛋白质不易变性的优点，因此在提取液中加入少量NaCl等中性盐，一般以摩尔。
升浓度为宜。
缓冲液常采用磷酸盐和碳酸盐等渗盐溶液。
（二）有机溶剂提取法一些和脂质结合比较牢固或分子中非极性侧链较多的蛋白质和酶，不溶于水、稀盐溶液、稀酸或稀碱中，可用乙醇、丙酮和丁醇等有机溶剂，它们具的必然的亲水性，还有较强的亲脂性、是理想的提脂蛋白的提取液。
但必需在低温下操作。
丁醇提取法对提取一些与脂质结合紧密的蛋白质和酶专门优越，一是因为丁醇亲脂性强，专门是溶解磷脂的能力强；二是丁醇兼具亲水性，在溶解度范围内（度为10%，40度为%）可不能引发酶的变性失活。
另外，丁醇提取法的pH及温度选择范围较广，也适用于动植物及微生物材料。
蛋白质的纯化的方法及原理
蛋白质的纯化的方法及原理蛋白质的纯化是从其来源中去除其他有机物和无机物，使其成为纯净的蛋白质样品的过程。
蛋白质纯化的方法可以根据需要选择，其中常用的方法包括盐析、凝胶过滤、电泳、金属柱层析、亲和层析、离子交换层析、逆相高效液相色谱等。
下面将详细介绍这些方法及其原理。
一、盐析盐析是利用不同浓度的盐溶液对蛋白质溶液进行逐渐稀释，从而使蛋白质发生沉淀的过程。
纯化蛋白质的关键是利用蛋白质与溶剂中离子之间的相互作用来控制蛋白质的溶解和沉淀过程。
在盐析中，通过选择离子强度和种类可以调整蛋白质溶液中所需溶剂化离子的浓度，达到沉淀和纯化蛋白质的目的。
二、凝胶过滤凝胶过滤是一种分子筛分离方法，利用不同孔径的凝胶进行分离。
凝胶的孔径能够排除较大分子，如核酸和细胞碎片，而较小分子，如蛋白质则能通过孔隙，实现纯化。
该方法简单易行，不需要任何特殊设备，适用于中小分子量的蛋白质纯化。
三、电泳电泳是利用蛋白质在电场中的移动性差异进行分离和纯化的方法。
常用的电泳方法有平板电泳、SDS-PAGE（聚丙烯酰胺凝胶电泳）和Western blotting （免疫印迹法）等。
电泳能够根据蛋白质的电荷、分子大小和不同的电场力，在凝胶中分离蛋白质，使其形成带状。
通过切割所需蛋白质的带状区域，可以实现对目标蛋白质的纯化。
四、金属柱层析金属柱层析是利用金属离子与蛋白质之间的亲和性进行分离的方法。
金属柱通常被配制成金属离子亲和基质，并固定在柱子上。
目标蛋白质通过与金属离子发生亲和作用而被保留在柱中，其他杂质则从柱中流出。
通过调节洗脱缓冲液的离子浓度和pH值，可实现对目标蛋白质的纯化。
五、亲和层析亲和层析是利用配体与其特异性结合的蛋白质进行分离和纯化的方法。
通常将配体固定在柱子上，待蛋白质样品通过柱子时，目标蛋白质与配体结合，其他杂质则流失。
通过改变洗脱缓冲液的条件，如离子浓度、pH值和络合剂的添加，可以实现目标蛋白质的纯化。
六、离子交换层析离子交换层析是一种利用蛋白质与离子交换基质之间的相互作用进行分离和纯化的方法。
蛋白纯化过程中的常见问题及解决
蛋白纯化过程中的常见问题及解决策略1. 杂蛋白去除在蛋白纯化的过程中，杂蛋白的去除是一个关键步骤。
杂蛋白的存在会干扰目标蛋白的纯度和质量。
通常，我们会使用各种色谱技术（如离子交换、疏水相互作用、凝胶过滤等）来进行杂蛋白的去除。
遇到问题时，可以尝试调整色谱条件，如改变缓冲液pH、离子强度、温度等，以达到更好的杂蛋白去除效果。
2. 蛋白回收率低蛋白回收率低可能是由于目标蛋白在提取过程中损失，或者在纯化过程中的某些步骤中没有被完全回收。
为了提高蛋白回收率，可以尝试优化提取和纯化步骤，例如减少剧烈操作，避免过度离心和过滤，使用更温和的缓冲液等。
另外，也可以考虑使用更为高效的纯化方法，如免疫沉淀、标签亲和纯化等。
3. 目标蛋白变性在纯化过程中，目标蛋白可能会出现变性，表现为蛋白质构象变化、聚合、沉淀等。
这可能是由于物理或化学因素（如温度、pH、离子强度等）导致的。
为了防止目标蛋白变性，需要密切关注这些因素，并尽量减少它们的变化。
同时，也可以考虑使用蛋白质稳定剂（如糖类、甘油等）来帮助稳定目标蛋白。
4. 蛋白纯度不足蛋白纯度不足可能是由于纯化步骤不够完善，或者目标蛋白本身存在一定的杂质。
为了提高蛋白纯度，可以尝试优化纯化步骤，例如增加洗涤步骤、使用更高纯度的试剂等。
同时，也可以采用更为严谨的检测方法（如电泳、质谱等）来帮助评估蛋白纯度。
5. 目标蛋白聚集在某些情况下，目标蛋白可能会在纯化过程中发生聚集。
这可能是由于目标蛋白的浓度过高、pH值不合适、金属离子浓度过高或者其他因素导致的。
为了防止目标蛋白聚集，可以尝试降低目标蛋白的浓度、调整pH值、去除金属离子等。
同时，也可以使用一些防止蛋白质聚集的试剂（如表面活性剂、蛋白质稳定剂等）。
6. 目标蛋白活性丧失在纯化过程中，目标蛋白的活性可能会受到影响或者完全丧失。
这可能是由于物理或化学因素（如高温、有机溶剂、强酸碱等）导致的。
为了保护目标蛋白的活性，需要尽量减少这些不利因素的影响。
蛋白质纯化策略并举例
蛋白质纯化策略并举例蛋白质纯化是研究蛋白质特性和功能的重要步骤之一、纯化蛋白质的目的是将目标蛋白从混合物中分离出来，并去除其他干扰物质，以便进一步研究和利用。
蛋白质纯化的策略可以根据蛋白质的性质和混合物的组成选择不同的方法。
下面将介绍几种常用的蛋白质纯化策略。
1.借助溶液性进行纯化一种常见的方法是根据蛋白质在不同溶液条件下的溶解性来纯化蛋白质。
例如，如果目标蛋白质在酸性条件下溶解，在中性或碱性条件下不溶解，可以通过调整溶液的pH值来实现纯化。
另一个例子是，一些蛋白质在高盐浓度条件下溶解，在低盐浓度条件下沉淀，可以通过逐渐降低盐浓度来实现纯化。
2.借助分子大小进行纯化一些蛋白质具有与其他成分相比较明显的不同分子大小。
利用这种特性，可以选择适当的分离方式进行纯化。
一种常用的方法是通过凝胶过滤层析（gel filtration chromatography）纯化蛋白质。
该方法利用分子大小的差异，使大分子物质通过凝胶较快，小分子物质则需要在凝胶中较长时间停留，从而实现纯化目标蛋白质。
3.借助电荷进行纯化一些蛋白质具有特定的电荷性质，可以根据其在不同条件下的电荷状态选择适当的分离方式。
例如，离子交换层析（ion exchange chromatography）可以通过调整缓冲液的 pH 值，利用蛋白质与离子交换树脂之间的相互作用，实现目标蛋白质的纯化。
还有一种常见的技术是等电聚焦（isoelectric focusing），该方法是利用蛋白质在不同 pH 值下的等电点移动来实现纯化。
4.借助亲和性进行纯化5.借助活性进行纯化一些蛋白质具有特定的酶活性、配体结合性等活性，可以通过专一酶活性或配体结合性来进行纯化。
例如，利用蛋白质的酶活性，可以通过亲和层析和酶反应来实现目标蛋白质的纯化。
还可以根据蛋白质与配体结合的特异性，利用亲和层析等方法实现纯化。
以上是常见的几种蛋白质纯化策略及其举例。
需要注意的是，每种策略都有其适用范围和局限性，因此在纯化蛋白质时需要根据具体情况选择合适的策略，并结合多种方法进行组合使用，以达到最佳的纯化效果。
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Target Protein Properties
Selection of ion exchange conditions Electrophoretic titration curve of chicken breast muscle using zymogram detection for creatine kinase
Developing an efficient protein purification scheme
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Developing an efficient protein purification scheme
Introduction
IEX HIC AC Protein ligand is sensitive to harsh cleaning conditions Use of organic solvents, loss of biological activity
RPC
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Target Protein Stability Window
Determination of a suitable ammonium sulfate concentration and pH screening range for HIC
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
It is better to “over-purify” than to “under-purify”.
15
Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Purity Requirements - Brief Guidelines
Extremely high
• Therapy
IEX conditions (also AC and RPC) HIC conditions selection of buffers, pH, salts, additives buffer additives RPC conditions various
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Protein Purification
Analytical
tools
A rapid and reliable assay for the target protein Purity determination (e.g. SDS-PAGE) Total protein determination (e.g. colorimetric method)
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Input for Purification Protocol Development
Required purity and quantity
Three phase strategy
Purification protocol
Separation technique knowledge
Recovery
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Three Phase Strategy - Ranking of Chromatography Techniques
Technique GF Capture Intermediate Polishing Considerations Limited sample volume Limited flow rate range
2
Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Protein Purification - Aims
Sufficient
purity and quantity
Maintained Good
biological activity
economy
3
Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Linking Chromatography Techniques into a Purification Protocol - General Rules
Combine
techniques with complementary selectivities (e.g. IEX, HIC and GF). sample handling between purification steps (e.g. concentration, buffer exchange).
+ molecules charge
Contaminants 0 Target protein 5 6 7 pH 8
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
G Protein Receptor Kinase Purification
• In vivo studies
High
• Crystallization for x-ray studies
• N-terminal sequencing of an unknown protein • Most physical-chemical characterization methods
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Three Phase Strategy
Purity
Achieve final purity. Remove trace impurities, structural variants, aggregates etc. Remove bulk impurities
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Polishing
Final removal of trace contaminants, e.g. structural variants of the target protein
Resolution
Speed
Capacity
selection of IEX conditions selection of GF medium selection of group specific AC medium selection of ligand for AC
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Target protein property
Purification parameter affected
Stability window pH Ionic strength Co-factors Detergent concentration Organic solvents Other (light, oxygen etc.)
Low ionic strength
IEX
High ionic strength or pH change
Low ionic strength
High ionic strength
HIC
Specific binding conditions
AC
Specific elution conditions
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Yields from Multistep Protein Purifications
Yield (%)
100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8
95% / step 90% / step
85% / step 80% / step 75% / step
Number of steps
Towards the Optimal Purification Protocol Accounting for Target Protein Properties (2)
Target protein property
Purification parameter affected
Physical-chemical properties Charge properties (isoelectric point) Molecular weight Post-translational modifications Biospecific affinity
GF
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Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Purity Requirements
Contaminants which degrade or inactivate the target protein (e.g. proteases), need to be reduced to “non-detectable” levels. Contaminants which interfere with subsequent analyses need to be reduced to “non-detectable” levels.
Polishing
Isolate product, concentrate, stabilize
Intermediate purification
Capture
Step
7
Strategy/AC/1998/JB/Å. Danielsson
Capture
Initial purification of the target molecule from crude or clarified source material Concentration and stabilization (e.g. removal of proteases)