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層析純化小課堂 | 疏水相互作用層析奧秘探索篇

來源:Cytiva(思拓凡) 更新時(shí)間:2024-11-27 09:29:54 閱讀量:309
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疏水相互作用層析 (Hydrophobic Interaction Chromatography,HIC) 根據(jù)生物分子疏水性的差異,在相對(duì)溫和的條件下分離分子。


許多科研工作者將HIC用于蛋白質(zhì)純化,作為根據(jù)電荷、尺寸或生物特異性識(shí)別進(jìn)行分離等技術(shù)的補(bǔ)充。

在分離過程中,科研工作者以較小的體積純化和洗脫樣品,這樣可以濃縮樣品,使其可直接進(jìn)行尺寸排阻層析,或者在緩沖液置換后進(jìn)行離子交換分離??梢詫IC用于純化方案中的捕獲、中度純化或精純步驟。生產(chǎn)的填料可用于實(shí)驗(yàn)室的小規(guī)模分離,也可用于生產(chǎn)千克級(jí)產(chǎn)品。

本期層析純化小課堂將從疏水相互作用層析的理論和應(yīng)用兩方面出發(fā),帶大家探索奧秘,熟練選擇和運(yùn)用疏水相互作用層析填料產(chǎn)品。


圖1:蛋白質(zhì)根據(jù)其表面疏水性的差異進(jìn)行分離(黃色表示疏水性氨基酸殘基,藍(lán)色表示親水性氨基酸殘基),如圖所示標(biāo)準(zhǔn)蛋白在Phenyl Sepharose High Performance填料進(jìn)行分離純化


HIC是根據(jù)蛋白質(zhì)表面疏水性的不同,利用蛋白質(zhì)和疏水層析介質(zhì)疏水表面可逆的相互作用來分離蛋白質(zhì)。運(yùn)行緩沖液中的某些鹽會(huì)顯著影響蛋白質(zhì)和HIC填料相互作用的方式。高鹽濃度會(huì)增強(qiáng)相互作用,而低鹽濃度會(huì)減弱相互作用。

在圖1所示的例子中,所有四種蛋白質(zhì)都與HIC填料的疏水表面相互作用。但是當(dāng)降低緩沖液的離子強(qiáng)度時(shí),這種相互作用就會(huì)逆轉(zhuǎn),疏水性最低的蛋白質(zhì)會(huì)首先洗脫。疏水性最強(qiáng)的蛋白質(zhì)會(huì)最后洗脫,這需要更大程度地降低鹽濃度來逆轉(zhuǎn)相互作用。


疏水相互作用層析純化基本步驟


疏水作用層析作為一種吸附性層析,主要步驟包括平衡、上樣、清洗、洗脫和再生步驟。疏水作用層析一般在高鹽環(huán)境中上樣,經(jīng)過上樣和清洗之后,通過降低洗脫液中的鹽濃度逐漸對(duì)不同的分子進(jìn)行洗脫。其流程可參考下圖(圖2):


圖2:疏水作用層析流程圖


常見疏水相互作用層析填料選擇


疏水填料和離子交換填料類似,都是由基架和疏水配基交聯(lián)而成,常見的疏水填料配基有Phenyl、Butyl、Octyl等,常見疏水填料的疏水性強(qiáng)弱如圖所示:


圖3:常見疏水填料的疏水性強(qiáng)弱圖


用于HIC填料的基架


_

填料

粒徑

現(xiàn)代填料

Capto ImpRes

40 μm

Capto

75 μm

傳統(tǒng)填料

Sepharose High Performance

34 μm

Sepharose 6 Fast Flow

90 μm

Sepharose 4 Fast Flow

90 μm

SOURCE 15

15 μm


Sepharose填料是基于瓊脂糖基架的,具有高流速與高分辨率不同區(qū)分的填料,可根據(jù)純化過程對(duì)分辨率的要求程度、結(jié)合載量及流速選擇最合適的填料。

Capto填料比Sepharose基架填料具有更高的剛性,且反壓更低,使得該填料具有更好的穩(wěn)定性,更適合于具有規(guī)模放大的應(yīng)用需求。

SOURCE基架由聚苯乙烯和二乙烯基苯制成,產(chǎn)生高度球形(單分散)、小 (15 μm) 的多孔顆粒,有助于在高流速下實(shí)現(xiàn)高分辨率分離。


疏水相互作用層析應(yīng)用指南


01

填料的選擇


HiTrap Capto HIC Selection Kit和PreDictor Capto HIC Screen kit。


圖4:HiTrap Capto HIC選擇套件和PreDictor Capto HIC篩選套件


在實(shí)驗(yàn)的初始階段,使用小型 (1 mL) 預(yù)裝填層析柱,例如HiTrap Capto HIC選擇套件中的層析柱(圖4),或預(yù)裝填有不同Capto HIC填料(例如PreDictor Capto HIC篩選套件)的96孔板進(jìn)行測(cè)試。這種篩選方法能根據(jù)所需的選擇,快速、高效地篩選各種填料。


02

樣品上樣和清洗


將樣品調(diào)節(jié)至選定的鹽濃度(如有必要,調(diào)節(jié)pH值 )。過濾,并上樣到層析柱。

用5至10個(gè)CV的起始緩沖液清洗,或直到紫外基線和電導(dǎo)率穩(wěn)定,這表示所有未結(jié)合的物質(zhì)都已通過層析柱進(jìn)行清洗。


03

洗脫


線性梯度洗脫

目的:高分辨率分離、填料篩選、理想鹽條件篩選

使用10至20個(gè)CV的梯度體積開始洗脫。增加洗脫緩沖液的比例,直到鹽濃度達(dá)到最低,即不含鹽的緩沖液 (100% B) 。

梯度洗脫的變化可以通過幾種方式改變疏水性蛋白質(zhì)在填料上的保留:

長(zhǎng)而淺的梯度使峰之間的分離最大化,但是分離時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),并且會(huì)有更大的峰展寬。

短而陡的梯度分離速度更快,峰更尖銳,但峰之間的洗脫距離更近。

梯度中較晚洗脫的峰往往比較早洗脫的峰稍寬。

選擇最陡的梯度以獲得可接受的分辨率。圖5顯示了梯度斜率變化的影響。


圖5:示例層析圖顯示了梯度斜率降低后的影響


步級(jí)梯度洗脫

目的:加快分離時(shí)間、減少緩沖液消耗、組分分離

用最多5個(gè)CV的洗脫緩沖液,以低于起始緩沖液的鹽濃度洗脫結(jié)合的蛋白質(zhì)。重復(fù)上述步驟,降低每一步的鹽含量,直到洗脫出目標(biāo)蛋白質(zhì)。


圖6:使用步級(jí)洗脫的典型HIC分離。紫外線(蛋白質(zhì))和電導(dǎo)率(鹽)曲線顯示了蛋白質(zhì)的洗脫、峰以及洗脫過程中鹽濃度的變化


如圖6所示,可以通過依次添加鹽濃度遞減的洗脫緩沖液來執(zhí)行步級(jí)洗脫:

第1步:優(yōu)化鹽濃度和洗脫緩沖液的體積,以洗脫所有與填料結(jié)合強(qiáng)度低于目標(biāo)蛋白質(zhì)的化合物。

注:鹽濃度和緩沖液體積應(yīng)足夠大,以洗脫污染較弱的結(jié)合物質(zhì),但應(yīng)保持鹽濃度足夠低,以便將感興趣的峰共洗脫。

第2步:降低鹽濃度,直到目標(biāo)蛋白質(zhì)洗脫。

注:應(yīng)該保持足夠低的鹽濃度,以便在不過度稀釋的情況下洗脫目標(biāo)蛋白質(zhì),但同時(shí)也要保證足夠高的鹽濃度,以防止強(qiáng)結(jié)合污染物共洗脫。

第3步:進(jìn)一步降低鹽濃度以洗脫所有殘留的污染物。此步也可以用水。

第4步:在起始緩沖液中再平衡層析柱,為下一次運(yùn)行做準(zhǔn)備。


04

清洗和在平衡


用2至5個(gè)CV的無鹽洗脫緩沖液清洗,洗脫任何殘留的疏水結(jié)合物質(zhì)。

用5至10個(gè)CV的起始緩沖液再平衡,或直到電導(dǎo)率達(dá)到所需值。


05

清潔


要去除沉淀蛋白質(zhì)等常見污染物,可以使用以下操作。流速:

1 mL/min,HiTrap 1 mL;

5 mL/min,HiTrap 5 mL;

3 mL/min,HiPrep 16/10,20 mL;

40 cm/h,接觸時(shí)間為1至2 h,適用于裝填在較大層析柱中的Sepharose High Performance。

注:由于層析柱的條件和樣品、緩沖液或保存液的粘度,可能需要降低流速。

 1 

用最多4個(gè)CV的1 M NaOH清洗。

 2 

用至少3個(gè)CV的水清洗,或直到洗脫液pH為中性。

 3a 

要開始新的分離:用至少3個(gè)CV的起始緩沖液再平衡,或者直到達(dá)到正確的洗脫液pH值。

 3b 

儲(chǔ)存時(shí),用至少5個(gè)CV的保存液清洗。儲(chǔ)存層析柱前,讓紫外基線穩(wěn)定下來。


06

化學(xué)穩(wěn)定性


對(duì)于日常使用,疏水相互作用層析填料在常見的水性緩沖液、1 M NaOH、變性劑(8 M尿素、6 M鹽酸胍)、70%乙醇、1 M乙酸、30%異丙醇、30%乙腈和最高達(dá)2%的SDS中保持穩(wěn)定。


07

儲(chǔ)存


對(duì)于層析柱儲(chǔ)存,先用5個(gè)CV的蒸餾水清洗,然后用5個(gè)CV的20%乙醇清洗。將乙醇和水的混合物徹底脫氣,并以低流速上樣,以避免對(duì)層析柱過度加壓。將層析柱密封好,以防干燥。在4°C至30°C下,將層析柱和未使用的填料儲(chǔ)存在20%乙醇中。不要冷凍。


今天的疏水相互作用層析課堂,干貨知識(shí)點(diǎn)又是滿滿一頁,期待大家的實(shí)驗(yàn)過程中能逐漸了解疏水相互填料并最終熟練應(yīng)用~



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