現(xiàn)在離子交換層析作為最廣泛的分離純化方法之一,應用于蛋白質(zhì)、多肽、核酸以及其他帶電荷的生物分子的分離。該方法還可以分離只有微小電荷差異的不同分子,例如只有一個帶電荷氨基酸差別的兩個蛋白。
這些特征使得離子交換層析可以很好地應用于整個層析純化過程的樣品捕獲、中度純化及精純步驟,既適用于少量樣品的純化分析也可以用于純化千克級別的樣品。
本篇文章將繼續(xù)開啟層析純化小課堂,從離子交換層析的理論和應用兩方面出發(fā),帶大家溫故知新,一探離子交換層析純化方法的神奇。
圖1:線性梯度洗脫模式下典型的高分辨率離子交換層析
離子交換層析對分子的分離是基于它們表面凈電荷的差異。分子的電荷性質(zhì)差異越大,它們所帶的總電荷、電荷密度以及表面電荷分布的差異會導致他們與加載電荷后的離子交換層析填料的結(jié)合能力不同。
離子交換層析純化一般過程
a
用平衡緩沖液平衡離子交換層析填料/柱。
b
帶有相反電荷的蛋白質(zhì)結(jié)合在離子交換層析填料的帶電基團上,從而在柱上富集。無電荷的蛋白質(zhì),或是與填料帶有相同電性的分子則會流穿。
c
使用梯度來增大離子強度,替換掉結(jié)合的分子,因為緩沖液中的離子會同蛋白質(zhì)分子競爭結(jié)合位點。
d
進一步增大離子強度來替換掉帶有更多電荷的蛋白質(zhì)分子(結(jié)合更緊密)。
e
用最高離子強度的緩沖液進行清洗以去除任何離子型結(jié)合的蛋白分子。
f
對離子交換層析填料/柱再平衡。
常見離子交換層析填料的選擇
名稱 | 平均粒徑 (μm) |
SOURCE 15 | 15 |
SOURCE 30 | 30 |
Sephrose High Performance | 34 |
Sepharose Fast Flow | 90 |
Sepharose 4 Fast Flow | 90 |
Sepharose XL | 90 |
Sepharose Big Beads | 200 |
Capto HiRes | 9 |
Capto ImpRes | 40 |
Capto ImpAct | 50 |
Capto | 90 |
SOURCE填料由聚苯乙烯-對乙烯基苯制成的高度分散的球形多孔顆粒,該填料有利于高流速條件下的高分辨率分離過程。
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)純化過程對分辨率的要求程度、結(jié)合載量及流速選擇最合的填料。
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)模放大的應用需求。
Capto HiRes系列預裝柱可以有效分離表面電荷具有極小差異的生物分子,而且性能穩(wěn)定,同時可以實現(xiàn)MonoBeads層析方案的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。目前在結(jié)構(gòu)研究和蛋白質(zhì)分析、制備高純度蛋白質(zhì)的過程中是首要選擇。
pH>pI,選擇陰離子交換基團 (Q/DEAE/ANX)
pH
該列表列出了目前離子交換層析純化填料所支持的產(chǎn)品形式,以及配套手動/儀器純化使用方法,以作參考。
離子交換層析應用指南
4招實現(xiàn)完美效果~
HiTrap Capto IEX Selection Kit
圖2:HiTrap Capto IEX Selection Kit (Capto離子選擇試劑盒套裝)
HiTrap Capto IEX Selection Kit (Capto離子選擇試劑盒套裝)內(nèi)含五支不一樣的1 mL層析柱,除了常用的強陰離子Q、弱陰離子DEAE、強陽離子S之外,還有多模式的adhere和MMC。一個試劑盒套裝,即可讓您一次性快速篩選出最合適的離子交換填料產(chǎn)品。
此外,還需要選擇合適的離子交換層析填料:隨著分辨率的提升,反壓也會隨之提高,因此需要平衡分辨率/壓力指標以獲得最適合的分離效果。
流速:
圖3:流速對分辨率的影響
受限于分離純化不同階段對載量、分辨率、速度的不同考量,選擇經(jīng)過平衡的最大流速,以獲得可重復的高分辨率的分離結(jié)果。
上樣量:
圖4:上樣量對分辨率的影響
樣品量對分辨率起到主要的影響作用,因為峰的寬度同加入樣品的量直接相關(guān),為了獲得滿意的分辨率,上樣量應不超過該層析柱的總結(jié)合載量。
洗脫梯度:
圖5:理論以及實際層析分離中洗脫梯度對分辨率的影響
在方法建立的過程中,強烈建議采用線性洗脫。線性離子強度梯度很容易制備,且對于合適的層析系統(tǒng)該方法較容易控制與重復。當樣品分辨率在可接受范圍內(nèi)時,采用最陡的梯度,以獲得峰與峰之間最佳的分離效果。
每一次完善的清潔都是下一次完美結(jié)果的保證,因此清洗工作不容忽視。
常規(guī)清洗均可以使用NaOH或NaCl完成,例如每5次分離純化即開啟一次清洗周期。如果樣品是細胞裂解液,則建議每次分離純化都需要作一次清洗,以保證離子交換層析柱始終保持在最佳狀態(tài)。
簡化層析流路,減少層析純化出口閥與收集器流路體積,有助于提高分辨率以及回收率。
《生物分子層析實驗方法
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