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② 包涵體變復性的包涵體變性
稀釋復性:直接加入水或緩沖液,放置過夜,缺點是體積增加較大,變性劑稀釋速度太快,不易控制。目前稀釋法主要有一次稀釋、分段稀釋和連續稀釋三種方式。
透析復性:好處是不增加體積,通過逐漸降低外透液濃度來控制變性劑去除速度,有人稱易形成無活性蛋白質聚體,且不適合大規模操作,無法應用到生產規模。
超濾復性:在生產中較多的使用,規模較大,易於對透析速度進行控制,缺點是不適合樣品量較少的情況,且有些蛋白可能在超濾過程中不可逆的變性。
柱上復性:是最近研究較多並成功的在生產中應用的一種復性方法,包涵體蛋白變性後,在色譜柱上復性,大致可分成疏水柱復性及凝膠柱復性兩類。其中的凝膠柱復性均是用Sephacry1S-100或Superdex75 等分子篩填料,柱較長(40cm-100cm不等)。相比稀釋和透析兩種方法,色譜柱復性回收率高(高達90%以上)、快速、易放大,樣品稀釋倍數小(一般五倍左右)
高蛋白質濃度下的復性:通常有兩種方法,一是緩慢地連續或不連續地將變性蛋白加入到復性緩沖液中,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復性;二是採用溫度跳躍式復性,即讓蛋白質先在低溫下折疊復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復性。
此外,吸附法、反膠束法和雙水相萃取法等都可用蛋白質的復性。 復性是一個非常復雜的過程,除與蛋白質復性的過程式控制制相關外,還很大程度上與蛋白質本身的性質有關,有些蛋白非常容易復性,如牛胰RNA酶有12對二硫鍵,在較寬松的條件下復性效率可以達到95%以上,而有一些蛋白至今沒有發現能夠對其進行復性的方法如IL-11,很多蛋白的復性效率只有百分之零點幾,如在純化IL-2時以十二烷基硫酸鈉溶液中加入銅離子(0.05%SDS,7.5-30u mol/l CuCl2)的方法,25-37°C下反應3小時,再EDTA至1m mol/l終止反應,復性後的二聚體低於1%。[6]一般說來,蛋白質的復性效率在20%左右。
影響復性效率的因素
蛋白質的復性濃度:正確折疊的蛋白質的得率低通常是由於多肽鏈之間的聚集作用,蛋白質的濃度是使蛋白質聚集的主要因素,因而,一般濃度控制在0.1-1mg/ml;如果變性蛋白加入復性液中過快,容易形成絮狀沉澱,可能是蛋白重新凝聚的緣故。所以我們採用再水浴和磁力攪拌下,逐滴加入變性蛋白,使變性蛋白在復性液中始終處於低濃度狀態。
pH和溫度:復性緩沖液的pH值必須在7.0以上,這樣可以防止自由硫醇的質子化作用影響正確配對的二硫鍵的形成,過高或過低會降低復性效率,最適宜的復性pH值一般是8.0-9.0。
此外,影響復性效率的因素還有,變性劑的起始濃度和去除速度、氧化還原電勢、離子強度、共溶劑和其他添加劑的存在與否等。
提高包涵體蛋白的復性產率
氧化-還原轉換系統
對於含有二硫鍵的蛋白,復性過程應能夠促使二硫鍵形成。常用的方法有:空氣氧化法、使用氧化交換系統、混合硫化物法、谷胱甘肽再氧化法及DTT再氧化法.
最常用的氧化交換系統是GSH/GSSG,而cysteine/cystine、cysteamine/cystamine、DTT/GSSG、DTE/GSSG等也都有應用。氧化交換系統通過促使不正確形成的二硫鍵的快速交換反應提高了正確配對的二硫鍵的產率。通常使用1-3m mol/l還原型巰基試劑,還原型和氧化型巰基試劑的比例通常為10:1—5:1。
添加低分子化合物
低分子化合物自身並不能加速蛋白質的折疊,但可能通過破壞錯誤折疊中間體的穩定性,或增加折疊中間體和未折疊分子的可溶性來提高復性產率。如鹽酸胍、脲、烷基脲、以及碳酸醯胺類等,在非變性濃度下是很有效的促進劑。蛋白質的輔因子、配基或底物亦可起到很好的促折疊作用,如蛋白質的輔因子Zn2+或Cu2+可以穩定蛋白質的折疊中間體,從而防止了蛋白質的聚集,加入濃度大於0.4 mol/lTris緩沖液可提高包涵體蛋白質的折疊效率。濃度為0.4-0.6M L-Arg有助於增加復性中間產物的溶解度。成功的應用於很多蛋白如t-PA的復性中,可以抑制二聚體的形成。
PEG-NaSO4兩相法
用PEG和NaSO4作為成相劑,然後加入鹽酸胍,再把變性的還原的蛋白質溶液加入其中進行復性,但這種方法需復性的變性蛋白質的濃度必須低。
分子伴侶和折疊酶等
這類蛋白質主要包括硫氧還蛋白二硫鍵異構酶、肽醯-輔氨醯順反異構酶、分子伴侶、FK506結合蛋白、Cyclophilin等。分子伴侶和折疊酶等不僅可在細胞內調節蛋白質的折疊和聚集過程的平衡,而且可在體外促進蛋白質的折疊復性。
其它
提高復性率的策略還有許多,如:非離子型去垢劑,尤其是離子型或兩性離子去垢劑或表面活性劑CHAPs、Triton X-100、磷脂、laury lmaltosid、Sarkosyl等對蛋白質復性有促進作用;待折疊復性的蛋白質的抗體可有效協助其復性;多聚離子化合物如肝素不僅可以促進蛋白質的作用,而且具有穩定天然蛋白質的作用。[10] 根據具體的蛋白性質和需要,可以從生化、免疫、物理性質等方面對蛋白質的復性效率進行檢測。
凝膠電泳:一般可以用非變性的聚丙烯醯胺凝膠電泳可以檢測變性和天然狀態的蛋白質,或用非還原的聚丙烯醯胺電泳檢測有二硫鍵的蛋白復性後二硫鍵的配對情況。
光譜學方法:可以用紫外差光譜、熒光光譜、圓二色性光譜(CD)等,利用兩種狀態下的光譜學特徵進行復性情況的檢測,但一般只用於復性研究中的過程檢測。
色譜方法:如IEX、RP-HPLC、CE等,由於兩種狀態的蛋白色譜行為不同,
生物學活性及比活測定:一般用細胞方法或生化方法進行測定,較好的反映了復性蛋白的活性,值得注意的是,不同的測活方法測得的結果不同,而且常常不能完全反映體內活性。
黏度和濁度測定:復性後的蛋白溶解度增加,變性狀態時由於疏水殘基暴露,一般水溶性很差,大多形成可見的沉澱析出。
免疫學方法:如ELISA、WESTERN等,特別是對結構決定簇的抗體檢驗,比較真實的反映了蛋白質的折疊狀態。
在正常的生理條件下,組成蛋白質的多肽鏈都能以獨特的方式進行折疊,形成自己特有的空間結構,以執行某一些生命活動。當外界環境改變時,可能造成基因突變和蛋白質序列改變,錯誤剪接和運輸,錯誤折疊和異常聚積,形成對機體有害的反應,引起構象病的發生和無生物活性、不可溶的包涵體形成。目前對包涵體形成和復性過程中發生聚集的機制尚不清楚,許多已建立的高效復性方法是在反復實驗和優化的基礎上建立的,且沒有普遍性,但從這許許多多的個例中發現了一些規律:如聚集的發生是由鏈間的疏水相互作用介導、聚集具有相對特異性、折疊中間體可能具有不同的作用等等,並利用這些知識建立了一些重組蛋白質高效復興性的方法。相信隨著結構生物學、生物信息學、蛋白質工程學及相關新技術和新設備的發展和完善,在不久的將來,預測和設計最佳復性方案將成為可能。