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蛋白純化資料

重組蛋白純化

重組蛋白分離純化的方法策略及案例介紹

       分離純化處于重組蛋白表達(dá)的下游處理(downstream processing)階段,且與上游過(guò)程緊密相聯(lián),如是否帶有親和標(biāo)簽,是否進(jìn)行分泌表達(dá)等。所以在對(duì)目的蛋白表達(dá)純化時(shí),要統(tǒng)一考慮和整體設(shè)計(jì),并充分考慮上游對(duì)下游      的影響。同時(shí),不同的表達(dá)系統(tǒng)和培養(yǎng)方法也影響下游的處理過(guò)程:目的蛋白表達(dá)是否形成包涵體,目的蛋白表達(dá)      定位(胞內(nèi)、細(xì)胞膜內(nèi)、周質(zhì)空間和細(xì)胞外)

表達(dá)策略

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

分泌表達(dá)至細(xì)胞外

增強(qiáng)正確二硫鍵的形成
降低蛋白酶對(duì)表達(dá)蛋白的降解
可獲得確定的 N 末端
顯著減少雜蛋白水平,簡(jiǎn)化純化不需要細(xì)胞破碎

表達(dá)水平低
多數(shù)蛋白不能進(jìn)行分泌表達(dá)
表達(dá)蛋白需要濃縮

細(xì)胞周質(zhì)空間表達(dá)

增強(qiáng)二硫鍵正確形成
可獲得確定 N 末端
顯著減少雜蛋白水平,簡(jiǎn)化純化

一些蛋白不能分泌進(jìn)入周質(zhì)空間
沒(méi)有大規(guī)模選擇性地釋放周質(zhì)空間蛋白的技術(shù)
周質(zhì)蛋白酶可引起重組蛋白的酶解

 

細(xì)胞內(nèi)包涵體表達(dá)

包涵體易于分離
保護(hù)蛋白質(zhì)不被降解
蛋白質(zhì)不具有活性,對(duì)宿主細(xì)胞生長(zhǎng)沒(méi)有大影響

需要體外的折疊和溶解,
得率較低具有不確定 N 末端
高水平的表達(dá)難以得到

細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白表達(dá)

通常可獲得高表達(dá)水平
不需要體外溶解和折疊
一般具有正確的結(jié)構(gòu)和功能

需要復(fù)雜的純化
可發(fā)生蛋白質(zhì)酶解
具有不確定 N 末端

 


       由上表可知選擇將所表達(dá)的蛋白分泌到細(xì)胞外或周質(zhì)空間可避免破碎細(xì)胞的步驟,而且細(xì)胞外和周質(zhì)空間內(nèi)的蛋白種類較少,目的蛋白易純化;而在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)表達(dá)重組蛋白時(shí),重組蛋白通常是可溶性表達(dá),但也易形成包涵體??扇苄缘鞍淄枰獜?fù)雜的純化步驟,而包涵體易于分離且純度較高,但回收具有生物活性的蛋白質(zhì)卻變得相當(dāng)困難,      通常需要對(duì)聚集的蛋白進(jìn)行變,復(fù)性,而通常情況下活性蛋白的得率比較低。德泰生物憑借多年的蛋白表達(dá)服務(wù)操作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的技術(shù),可以提供可溶性重組蛋白保證型服務(wù)和更高純度的上清蛋白。

分離純化原則總結(jié):
1.應(yīng)盡可能利用蛋白質(zhì)不同物理特性選擇所用的分離純化技術(shù),而不是利用相同技術(shù)多次純化;
2.不同的蛋白在性質(zhì)上有很大區(qū)別,每一步純化步驟都應(yīng)當(dāng)充分利用目的蛋白和雜質(zhì)成分物理性質(zhì)差異;
3.在純化早期階段要盡量減少處理體積,方便后續(xù)純化;
4.在純化后期階段,再使用造價(jià)高的純化方法,有利于純化材料的重復(fù)使用,減少再生復(fù)雜性。

色譜法分離純化蛋白質(zhì)
色譜法又稱層析法,是利用不同物理化性質(zhì)的差異而建立起來(lái)的技術(shù)。所有的色譜系統(tǒng)都由倆個(gè)相組成:固定相(固      體物質(zhì)或固定于固體物質(zhì)上的成分)和流動(dòng)相(水和其他溶劑)。當(dāng)待分離的混合物隨流動(dòng)相通過(guò)固體相時(shí),各組      分與倆相發(fā)生相互作用(吸附,溶解,結(jié)合)并因作用力的不同導(dǎo)致流出時(shí)間上的差異,分部收集流出液,可以得      到樣品中所含的各單一組分,從而達(dá)到分離各組分的目的。
色譜層析分離純化蛋白質(zhì)有多種方法,包括凝膠過(guò)濾色譜,離子交換色譜,親和色譜,疏水色譜高效液相色譜等。      其中親和色譜在重組蛋白純化中的應(yīng)用中最為廣泛。

親和色譜
原理
親和色譜是利用待分離物質(zhì)和它的特異性配體間具有的特異性親和力,從而達(dá)到分離的目的。即將一對(duì)能可逆結(jié)合和解離生物分子的一方作為配基,與具有大孔徑、親水性的固相載體相偶聯(lián)、制成專一的親和吸附劑并填充色譜柱,      使得樣品混合物流經(jīng)色譜柱時(shí),與親和配基能結(jié)合的物質(zhì)就被選擇性地吸附下來(lái),而其他的蛋白質(zhì)及雜質(zhì)不被吸附,      從色譜柱中流出,使用適當(dāng)?shù)木彌_液使被分離物質(zhì)與配基解吸附,即可獲得純化的目的產(chǎn)物。
親和色譜具有高選擇性,高分辨率和高容量的特點(diǎn),并且親和色譜純化過(guò)程簡(jiǎn)單,迅速,且分離效率高。并且可用      于純化生物大分子、稀溶液的濃縮、不穩(wěn)定蛋白的貯藏、從純化分子中除去殘余污染物等。但其必須針對(duì)某一分離      對(duì)象,制備專一的配基和尋求穩(wěn)定色譜的條件,且成本較高。

實(shí)驗(yàn)案例(從E.coli 中提取誘導(dǎo)表達(dá)的GST 標(biāo)簽融合蛋白)

簡(jiǎn)介
谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶(GST)親和標(biāo)簽是純化重組蛋白的常用方法,該方法以 GST 能夠偶聯(lián)在介質(zhì)上的谷胱甘肽配體結(jié)合為基礎(chǔ)。同時(shí),帶有 GST 的蛋白與配體結(jié)合是可逆的,能夠在溫和,非變性的條件下通過(guò)加入還原型谷胱甘肽被洗脫下來(lái)。

材料
BL21 感受態(tài)細(xì)胞、PGEX 表達(dá)載體、LB 培養(yǎng)基、Amp(氨芐青霉素)、IPTG、蛋白酶抑制劑、緩沖液 1(100mmol/L Tris,PH 8.5,500mmol/L NaCl)、緩沖液 2(100mmol/L NaAc,PH 4.5,500mmol/L NaCl)、PBS 緩沖液(100mmol/L NaCl,2.7mmol/L KCl,10mmol/L Na2HPO4,1.8mmol/L KH2PO4)、洗脫緩沖液(50mmol/L Tris,PH 8.0,10mmol/L GSH)、微量紫外分光光度計(jì)、超聲波破碎儀、高速冷凍離心機(jī)、GST 柱

方法
一、載體構(gòu)建和細(xì)菌培養(yǎng)
5.采用 RT-PCR 擴(kuò)增得到目的基因,構(gòu)建到表達(dá)載體(PGEX-4T-1)上;
6.用構(gòu)建質(zhì)粒轉(zhuǎn)化表達(dá)菌 BL21,LB 平板 37℃;
7.LB 平板上挑取單一菌落接入 5mL LB 培養(yǎng)基(100ug/mL Amp)中,37℃培養(yǎng) 3~5h;
8.將 5mL  菌液接入 1L LB(100ug/mL Amp)液體培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng)至 OD60≈0.6,加入 0.3mmol/L  的IPTG; 9.    16℃誘導(dǎo) 16h;
10. 將培養(yǎng)好的菌液于 5000r/min 離心 10min,棄去上清液,收集菌體,離心后菌體沉淀懸浮于 25mL Binding buffer 中 。

二、細(xì)胞破碎和蛋白分離
1.往懸浮好的菌液中加入適量蛋白抑制劑(10uL  的 10mg/mL antipain,10uL  的 10mg/mL leupeptin  和 1mL的 1mol/L PMSF),冰浴放置;
2.超聲破碎,每個(gè)循環(huán) 26 次,超聲 6s,間隔 5s,視破碎效果共 2~4 個(gè)循環(huán),破碎后的菌體 4℃ 1800r/min
3.離心 30min,上清保持在 4℃;
4.GST 柱先用 PBS 緩沖液平衡,上樣結(jié)合 30~60min,每 5~10min 攪拌一次,流干;
5.用 2~3 倍體積 PBS 緩沖液平衡清洗非特異性蛋白,流干,加入 15mL 洗脫緩沖液洗脫;
6.由于殘存少量蛋白酶,洗脫出來(lái)的目的蛋白溶液可于 4℃保存幾小時(shí);
7.SDS-PAGE 檢測(cè)初步純化效果,進(jìn)行下一步純化步驟。

三、蛋白檢測(cè)和 GST 柱的恢復(fù)
1.用 3 倍柱體積的 6mol/L 鹽酸胍處理柱子 10min;
2.用 3 倍柱體積的水洗柱 2~3 次;
3.用 3 倍柱體積的緩沖液 1 處理柱子 10min;
4.用 3 倍柱體積的緩沖液 2 處理柱子 10min;
5.再次重復(fù) 3,4 步驟倆次;
6.用 3 倍柱體積的水洗柱 2~3 次;
7.用 3 倍柱體積的 PBS 緩沖液洗柱 2 次;
8.往柱內(nèi)加 3 倍體積 PBS 待用。

四、問(wèn)題分析及解決方案
GST 標(biāo)簽蛋白不結(jié)合柱子或結(jié)合能力非常弱的原因及解決辦法原因
1.過(guò)分的機(jī)械裂解使標(biāo)簽蛋白表性,阻止結(jié)合;
2.GST 標(biāo)簽蛋白在樣品中有聚集,導(dǎo)致沉淀;
3.標(biāo)簽蛋白濃度過(guò)低;
4.標(biāo)簽蛋白可能改變了 GST 構(gòu)相;
5.平衡時(shí)間過(guò)短。

解決方法
1.裂解過(guò)程中,采用溫和的裂解條件;
2.在細(xì)胞裂解前的緩沖液中加 DTT;
3.濃縮樣品,結(jié)合能力依賴濃度;
4.可以通過(guò)降低結(jié)合的溫度來(lái)改善結(jié)果;
5.確認(rèn)至少用 5 倍柱體積的 PH 6.5~8.0 的緩沖液平衡過(guò)。


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