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蛋白純化小白入門總集篇!手把手教你如何設(shè)計(jì)純化實(shí)驗(yàn)

閱讀:268      發(fā)布時(shí)間:2024-10-25
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蛋白純化是生物實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一,隨著商業(yè)蛋白產(chǎn)品的價(jià)格越來越高以及實(shí)驗(yàn)可能用到的蛋白量越來越大,或者課題想要的蛋白沒有商品化的蛋白可以購(gòu)買,自己純化蛋白往往是一個(gè)高效而經(jīng)濟(jì)的選擇。如果你對(duì)于純化實(shí)驗(yàn)還沒有真正接觸過,沒關(guān)系,你可以按照以下的步驟開始你的實(shí)驗(yàn)。 

 

PART1:對(duì)你的蛋白做一個(gè)基本的了解

 

在純化實(shí)驗(yàn)開始之前,首先你需要對(duì)你的蛋白和純化的目標(biāo)做一個(gè)初步的了解。

 

1、你的蛋白純化后準(zhǔn)備用來做什么?

 

這個(gè)問題常常會(huì)被忽略,蛋白的用途決定了你的純化目標(biāo),進(jìn)而決定你的純化路線設(shè)計(jì)。如果你對(duì)純度要求不高,往往一步純化就可以解決問題;如果你對(duì)純度要求非常高,那么往往就要用到2步和3步的純化。那我都用3步純化行不行?當(dāng)然不行!純化次數(shù)越多你需要的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本就越高,而且隨著純化步驟的增多,蛋白量也會(huì)有一定的損耗,所以應(yīng)該選擇真正適合的純化路線,可以參考下圖:

 

 

2、確定目標(biāo)蛋白的性質(zhì)

 

在純化之前,你應(yīng)該會(huì)你的目標(biāo)蛋白的性質(zhì)有一定的了解,例如蛋白的分子量,穩(wěn)定性,可溶性,等電點(diǎn)等等。蛋白是不是容易降解,蛋白在緩沖液里是否可以溶解,這些問題往往會(huì)影響到你整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程,所以需要多加關(guān)注。另外凝膠過濾層析需要參考蛋白的分子量;離子交換層析需要參考蛋白的等電點(diǎn);疏水層析需要參考蛋白的疏水性質(zhì)等。

 

3、確定蛋白的表達(dá)位置

 

并不是所有的蛋白都表達(dá)后仍停留在細(xì)胞內(nèi),在純化蛋白時(shí)要充分考慮到蛋白的位置,才能選擇到合適的樣品。如果你的蛋白是胞內(nèi)蛋白,那么只要把細(xì)胞裂解掉之后就可以進(jìn)行純化;如果你的蛋白是分泌蛋白,我們則需要用培養(yǎng)基去上樣;如果你的蛋白是膜蛋白,那么你需要使用去垢劑把蛋白從細(xì)胞膜上面溶解下來。 

 

PART2:選擇一個(gè)合適的表達(dá)體系(重組蛋白)

 

如果你是想要短時(shí)間內(nèi)拿到大量的蛋白,而不是僅僅想從植物體或者動(dòng)物體中分離出某些天然蛋白進(jìn)行研究,那么你應(yīng)該選擇先構(gòu)建質(zhì)粒然后在模式細(xì)胞中表達(dá)蛋白,隨著模式細(xì)胞的大量快速繁殖,你可以在短時(shí)間內(nèi)拿到大量的樣品,例如下圖是使用原核表達(dá)體系重組蛋白純化的步驟(具體方法會(huì)在之后的軟文中介紹):

 

 

在純化開始前,選擇一個(gè)合適的表達(dá)體系非常的重要,大家可以根據(jù)自己的蛋白特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)室的條件選擇,如果之前沒有做過純化可以先考慮先從原核表達(dá)起步,或者查看文獻(xiàn)看看其他前輩都用什么表達(dá)體系成功表達(dá)過,不同表達(dá)體系的特點(diǎn)如下表:


表達(dá)體系

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

原核表達(dá)體系(大腸桿菌等)

周期短,培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單,成本低,生長(zhǎng)速度快

沒有翻譯后修飾,可能形成包涵體

酵母表達(dá)體系

表達(dá)量高,部分翻譯后修飾

錯(cuò)誤的糖基化修飾

昆蟲細(xì)胞表達(dá)體系

糖基和磷酸修飾

構(gòu)建復(fù)雜,周期長(zhǎng)

哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)體系

翻譯后修飾完善

培養(yǎng)條件嚴(yán)苛,成本高




 

PART3:選擇合適的標(biāo)簽(重組蛋白)

 

作為新手如果想要做重組蛋白純化,一定要在構(gòu)建的載體上加上一個(gè)合適的標(biāo)簽,然后再使用親和層析作為第一步純化往往可以幫你省去大量的時(shí)間和精力。標(biāo)簽的選擇主要是根據(jù)蛋白的特點(diǎn)以及對(duì)純度的要求,新手建議可以從His標(biāo)簽開始做起。

1、His標(biāo)簽:標(biāo)簽小,純化步驟簡(jiǎn)便,純化條件溫和,能純化可溶性/包涵體蛋白,一般不會(huì)影響蛋白的功能結(jié)構(gòu),且可以產(chǎn)出大量的目標(biāo)蛋白,純度和其他標(biāo)簽相比略低,如果對(duì)純度不是要求特別高的情況下選擇;

2、GST標(biāo)簽:洗脫條件溫和,有助于保持蛋白功能活性,適合pull-down 檢測(cè),具有很好的線性動(dòng)態(tài)范圍,但分子量較大,需要在純化后去除標(biāo)簽,且不適宜變性環(huán)境;

3、MBP標(biāo)簽:可以減少目標(biāo)蛋白的降解,增加蛋白的表達(dá)量和穩(wěn)定性,提高表達(dá)產(chǎn)物的水溶性,但標(biāo)簽較大,對(duì)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能可能會(huì)有一定影響;

4、Strep標(biāo)簽:能純化出高純度的目標(biāo)蛋白,純化條件溫和,能進(jìn)行變性條件下的純化。純化柱和填料的價(jià)格和其他標(biāo)簽相比略高。

 

不同標(biāo)簽的特點(diǎn)如下表:

 

PART4:選擇合適的純化方法和層析路線

 

前期做了諸多準(zhǔn)備之后,我們就可以開始選擇純化方法了。常見的純化方法包括親和層析、凝膠過濾層析、離子交換層析、疏水層析、多模式層析等等。不同的純化方法可以通過目標(biāo)蛋白和雜質(zhì)的不同的性質(zhì)進(jìn)行分離和純化,有時(shí)候目標(biāo)蛋白和雜質(zhì)在某一個(gè)特性方面比較接近,可以考慮使用其他的特性去除雜蛋白,所以如果一種純化方法不能達(dá)到理想的純度,可以考慮使用多種方法聯(lián)用。

 

不同的純化方法的介紹如下:

1、親和層析:利用目標(biāo)蛋白上面的標(biāo)簽特性對(duì)蛋白進(jìn)行純化。根據(jù)蛋白所帶的標(biāo)簽選擇對(duì)應(yīng)標(biāo)簽的預(yù)裝柱和填料即可(例如蛋白帶有His標(biāo)簽,則選擇His標(biāo)簽預(yù)裝柱和填料)。親和層析具有載量高,快速分離的特點(diǎn),是重組蛋白純化第一步的選擇;

2、凝膠過濾層析:利用目標(biāo)蛋白和雜蛋白的分子量大小的差異進(jìn)行純化。一般目標(biāo)蛋白和雜蛋白的分子量相差一倍以上,可以達(dá)到比較好的純化效果。因?yàn)槟z過濾層析的特性,它也常常被用來分離蛋白多聚體,也是在結(jié)構(gòu)生物學(xué)純化中對(duì)親和層析的很好的補(bǔ)充;

3、離子交換層析:利用目標(biāo)蛋白和雜蛋白的帶電性質(zhì)的差異進(jìn)行純化。在同樣PH的緩沖液中,由于目標(biāo)蛋白和雜蛋白的等電點(diǎn)有差異,帶有的電荷正負(fù)性和帶電量都會(huì)有所不同。離子交換層析具有高分辨率的特點(diǎn),可以用來很好的補(bǔ)充并提高樣品的純度。另外,如果樣品沒有標(biāo)簽,可以選擇離子交換層析作為第一步純化;

4、疏水層析:利用目標(biāo)蛋白和雜蛋白的疏水性質(zhì)的差異進(jìn)行純化。如果以上的方法還是無法去除雜蛋白,可以嘗試使用疏水層析;

5、多模式層析:結(jié)合了多種層析模式的特點(diǎn)??梢宰鳛橐陨戏椒ê芎玫难a(bǔ)充。

 

如何搭配層析方法?

 

在搭配層析方法時(shí),使用CIPP策略。盡量不要將兩種方法連續(xù)使用,盡量避免不同方法之間的樣品處理,也要在樣品純度和得率之間找到平衡。CIPP原則的純化策略如下圖:

 

 

PART 5 如何對(duì)純化后的蛋白進(jìn)行檢測(cè)?

 

蛋白純化完之后,我們需要對(duì)純化出來的蛋白進(jìn)行檢測(cè)看是否達(dá)到純化的要求。

1、檢測(cè)蛋白特異性:可以使用WB和質(zhì)譜的方法;

2、檢測(cè)蛋白純度:跑SDS-PAGE膠,然后用考馬斯亮藍(lán)染色后觀察;

3、檢測(cè)蛋白量:用紫外吸光光度法,BCA法或者考馬斯亮藍(lán)法檢測(cè)蛋白濃度;

4、檢測(cè)均一性:凝膠過濾層析檢測(cè)是否有多聚體;

5、檢測(cè)活性:使用活性檢測(cè)試劑盒。

 

檢測(cè)示例:

 

部分熱賣產(chǎn)品


貨號(hào)

名稱

類別

abs60023

質(zhì)粒提取試劑盒

質(zhì)粒構(gòu)建

abs9331

RNA提取試劑盒

質(zhì)粒構(gòu)建

abs60322

Lipofect5000 質(zhì)粒轉(zhuǎn)染試劑

質(zhì)粒構(gòu)建

abs60055

2×Pfu Master Mix(Quick Load)

質(zhì)粒構(gòu)建

abs60036

2×Taq PCR Mix

質(zhì)粒構(gòu)建




 

Absin產(chǎn)品線:

爆款產(chǎn)品:試劑盒(mIHC、IHC、凋亡、ELISA、ChIP、Co-IP、TR-FRET、生化檢測(cè)、殘留檢測(cè)、多因子檢測(cè));細(xì)胞培養(yǎng)(類器官試劑盒+基質(zhì)膠,胎牛血清+培養(yǎng)添加劑+細(xì)胞因子)、分化試劑盒;分子(mRNA合成服務(wù)+提取試劑盒);化合物大包裝;輔助試劑、耗材/儀器、定制服務(wù)(抗體/多肽/蛋白/標(biāo)記/檢測(cè))...

特色產(chǎn)品:雞胚提取物CEE、B27、N2、霍亂毒素B亞單位CTB、牛腦垂體提取物BPE、百日咳毒素PTX、重組人胰島素Insulin、人源低密度脂蛋白LDL...

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