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疏水作用層析的前世今生

2022-01-07

疏水作用是指水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子內(nèi)部的現(xiàn)象。疏水作用及疏水和親水的平衡在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的方方面面都起著重要的作用。1959年,Kauzmann在《蛋白質(zhì)化學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了一篇題為“影響蛋白質(zhì)變性的一些因素”的文章,shou次明確提出“疏水作用”這一概念。在當(dāng)時(shí),生物化學(xué)家已經(jīng)知曉蛋白質(zhì)中含有α螺旋和β折疊;一些蛋白質(zhì)和多肽的序列已經(jīng)測定;但是蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)還正在測定中。與此同時(shí),Tanford等為疏水作用的存在提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從此以后,疏水作用的概念被蛋白質(zhì)化學(xué)家所接受。目前,不同實(shí)驗(yàn)室對20種氨基酸的疏水特性分別提出了不同的參數(shù)。對一個(gè)蛋白質(zhì)肽鏈中的每個(gè)氨基酸殘基也通常使用親/疏水作圖法(hydropathy)描述。通過親/疏水作圖法可以了解整條肽鏈中不同肽段的親/疏水性,進(jìn)而可以對一些處于蛋白質(zhì)分子表面的抗原決定簇及一些膜蛋白中穿越膜的肽段進(jìn)行預(yù)測。

疏水作用的本質(zhì)來源于熵力,一個(gè)孤立系統(tǒng)出現(xiàn)平衡態(tài)是熵和能量兩方面達(dá)到更佳折衷的產(chǎn)物。考茲曼(W.Kauzmann)1959年指出為了減少暴露在水中的非極性表面積,任何兩個(gè)在水中的非極性表面積將傾向于結(jié)合在一起。疏水溶劑化的代價(jià)大部分源于熵,疏水效應(yīng)顯著的熵特性,這暗示著隨溫度增高疏水效應(yīng)的增強(qiáng)(前提是溫度不得破壞水中氫鍵的情況下,氫鍵破壞越多疏水表面對氫鍵形成干擾越小,疏水效應(yīng)減弱)。與排空效應(yīng)是類似的疏水效應(yīng)能夠利用熵呈現(xiàn)出分子的自組裝。

疏水相互作用層析(hydrophobic interaction chromatography,HIC)依賴于生物大分子表面疏水性不同來分離生物大分子的一種方法。蛋白質(zhì)和多肽等生物大分子的表面常常暴露著一些疏水基團(tuán),高鹽情況下,蛋白表面的疏水基團(tuán)被暴露,通過與配基的疏水相互作用結(jié)合而被吸附;當(dāng)鹽濃度下降,蛋白表面的水化層增加,使得疏水相互作用減弱,從而實(shí)現(xiàn)蛋白解吸。多數(shù)情況下抗體的疏水性要強(qiáng)于大部分雜質(zhì)組分,因此 HIC 可作為精制步驟用于抗體純化,HIC介質(zhì)的疏水性對抗體產(chǎn)品的收率和雜質(zhì)去除效果有較大影響。

·影響疏水層析的因素·

*蛋白質(zhì)的疏水性強(qiáng)弱取決于其表面疏水基團(tuán)的分布。

*鹽的種類及濃度,組成緩沖液中鹽的某些離子對蛋白質(zhì)的構(gòu)象有穩(wěn)定作用,如SO42-可提高蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,使蛋白的溶解度下降,對蛋白有鹽析效應(yīng),使蛋白同配基間疏水作用增強(qiáng)。還有些離子對于蛋白質(zhì)構(gòu)象具有不穩(wěn)定作用,如Cl-、Ca2+可增加蛋白質(zhì)的溶解度,這類離子洗脫能力較強(qiáng)。鹽析和鹽溶的特性可作為選擇疏水介質(zhì)平衡和洗脫條件的依據(jù),常用的疏水配基的疏水性強(qiáng)弱和疏水作用離子排列如下:

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*疏水層析過程中,溫度升高,疏水作用增強(qiáng),有利于提高層析柱的分離度,但對于生物活性物質(zhì)來說,高溫條件會(huì)使其變性失活,因此疏水層析通常在常溫或者低溫中進(jìn)行,建議維持室溫。

*疏水層析流動(dòng)相的pH通常為中性的磷酸鹽緩沖液。蛋白質(zhì)同疏水基團(tuán)的作用力隨pH升高而降低,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的酸性基團(tuán)隨pH升高所帶電荷逐漸增多,親水性增強(qiáng)。但在疏水層析中通常不采用改變?nèi)芤旱膒H來改變蛋白質(zhì)的疏水性。

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月旭現(xiàn)推出了快流速瓊脂糖基架疏水層析介質(zhì),Phenyl/Butyl/Octyl/Butyl-S Tanrose FF 快流速瓊脂糖基架疏水層析介質(zhì)。

Phenyl Tanrose 6FF屬于芳香族疏水介質(zhì),疏水性更強(qiáng)。根據(jù)配基取代程度不同分為:高取代(High Sub簡稱HS)和低取代(Low Sub簡稱LS)兩種介質(zhì)。苯基通過不帶電,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的醚鍵連接到瓊脂糖上。

Butyl Tanrose 4FF和Octyl Tanrose 4FF這兩種介質(zhì)屬于脂肪族疏水介質(zhì),Butyl Tanrose 4FF配基為丁基,Octyl Tanrose 4FF配基為辛基:這兩種配基通過不帶電且化學(xué)穩(wěn)定性的醚鍵同高度交聯(lián)的瓊脂糖偶聯(lián)而成。

Butyl-S Tanrose 6FF是疏水性更弱的疏水介質(zhì),適合在較低鹽濃度條件下純化強(qiáng)疏水性分子,可去除脂肪類、脂蛋白、色素等,在酵母重組表達(dá)乙肝疫苗純化過程中發(fā)揮重要作用。

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