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
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。
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。
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。
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。
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。
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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