蛋白的復性是一個世界性的難題,沒有通用的方法,甚至沒有靠得住的規律,只能試。
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包涵體表達的蛋白的復性包涵體表達的蛋白的復性
包涵體:
包涵體是指細菌表達的蛋白在細胞內凝集,形成無活性的固體顆粒。
包涵體的組成與特性:
一般含有50%以上的重組蛋白,其余為核糖體元件、RNA聚合酶、外膜蛋白ompC、ompF和ompA等,環狀或缺口的質粒DNA,以及脂體、脂多糖等,大小為0.5-1um,難溶與水,只溶于變性劑如尿素、鹽酸胍等。
包涵體的形成:
主要因為在重組蛋白的表達過程中缺乏某些蛋白質折疊的輔助因子,或環境不適,無法形成正確的次級鍵等原因形成的。
1、表達量過高,研究發現在低表達時很少形成包涵體,表達量越高越容易形成包涵體。原因可能是合成速度太快,以至于沒有足夠的時間進行折疊,二硫鍵不能正確的配對,過多的蛋白間的非特異性結合,蛋白質無法達到足夠的溶解度等。
2、重組蛋白的氨基酸組成:一般說含硫氨基酸越多越易形成包涵體,而脯氨酸的含量明顯與包涵體的形成呈正相關。
3、重組蛋白所處的環境:發酵溫度高或胞內pH接近蛋白的等電點時容易形成包涵體。
4、重組蛋白是大腸桿菌的異源蛋白,由于缺乏真核生物中翻譯后修飾所需酶類,致使中間體大量積累,容易形成包涵體沉淀。因此有人采用共表達分子伴侶的方法以增加可溶蛋白的比例。
包涵體表達的有利因素:
1、可溶性蛋白在細胞內容易受到蛋白酶的攻擊,包涵體表達可以避免蛋白酶對外源蛋白的降解。
2、降低了胞內外源蛋白的濃度,有利于表達量的提高。
3、包涵體中雜蛋白含量較低,且只需要簡單的低速離心就可以與可溶性蛋白分離,有利于分離純化。
4、對機械攪拌和超聲破碎不敏感,易于破壁,并與細胞膜碎片分離。
破菌:
1、機械破碎
2、超聲破碎
3、化學方法破碎
分離:
1、離心:5000-20000g15min離心,可使大多數包涵體沉淀,與可溶性蛋白分離。
2、過濾或萃取方法:
洗滌:
由于脂體及部分破碎的細胞膜及膜蛋白與包涵體粘連在一起,在溶解包涵體之前要先洗滌包涵體,通常用低濃度的變性劑如2M尿素在50mM TrispH7.0-8.5左右,1mMEDTA中洗滌。此外可以用溫和去垢劑TritonX-100洗滌去除膜碎片和膜蛋白。
溶解:
常用的變性劑有尿素(8M)、鹽酸胍(GdnHCl6-8M),通過離子間的相互作用,破壞包涵體蛋白間的氫鍵而增溶蛋白。其中尿素的增溶效果少差,異氰硫酸胍(GdnSCN)最強。
去垢劑:如強的陰離子去垢劑SDS,可以破壞蛋白內的疏水鍵,可以增溶幾乎所有的蛋白。問題是由于SDS無法徹底的去除而不允許在制藥過程中使用。
極端pH:可以破壞蛋白的次級鍵從而增溶蛋白。如有人在pH>9.0溶解牛生長激素和牛凝乳蛋白酶包涵體。有些蛋白可以溶解在60mMHCl中。這些方法只適合于少部分蛋白的增溶。
變性劑的使用濃度和作用時間:一般在偏堿性性的環境中如pH8.0-9.0,尿素在堿性環境中不穩定,一般不要超過pH1.0。有些蛋白只能用鹽酸胍如IL-4。增溶時一般室溫過夜,但鹽酸胍在37度1小時便可以使多數蛋白完全變性溶解。
還原劑:
由于蛋白間二硫鍵的存在,在增溶時一般使用還原劑。還原劑的使用濃度一般是50-100mM2-BME或DTT,也有文獻