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層析純化小課堂 | 離子交換層析溫故知新篇

來源:Cytiva(思拓凡) 更新時間:2024-05-29 10:20:35 閱讀量:285
導讀:歡迎文末掃碼限時免費申領(lǐng)《生物分子層析實驗方法—Cytiva案例合集》


離子交換層析 (Ion exchange chromatography, IEX) 根據(jù)生物分子表面凈電荷的不同而將其分離。


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



01

基架:


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。


02

配基:



pH>pI,選擇陰離子交換基團 (Q/DEAE/ANX)

pH


03

產(chǎn)品形式及配套方法:



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~



01

填料的選擇:


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。


02

層析純化條件的優(yōu)化:


 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。


03

保持層析柱清潔:


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)。


04

減少層析純化收集體積:


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。


知其然,知其所以然~

今天的離子交換層析課堂就到這了,溫故知新,希望能在大家的層析純化實驗中有所幫助~



《生物分子層析實驗方法

—案例合集》


近日,聯(lián)合Bio-protocol出版社特別編譯了此本實驗方法手冊。我們希望這本手冊能為所有對層析技術(shù)感興趣的人提供幫助,無論他們是初學者還是領(lǐng)域內(nèi)的專家。

這本手冊從基礎(chǔ)知識開始,逐步深入到各種不同應用方向的高階層析實驗方法。

匯集了全球生命科學領(lǐng)域頂級學術(shù)期刊的作者們近年來在Bio-protocol期刊上分享的詳盡熱門研究和研發(fā)領(lǐng)域?qū)游鰧嶒灥摹蔼氶T秘籍”,我們將這些優(yōu)秀的方法文章翻譯成中文,以饗讀者。

這本合集涵蓋了生物分子層析實驗方法的各個領(lǐng)域,如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)學、免疫學、神經(jīng)科學、細胞治療、RNA修飾研究、細胞外RNA研究、RNA-DNA研究、藥物設計、基因編輯、分子信號轉(zhuǎn)導、植物免疫、酶工程、新冠新型療法等前沿領(lǐng)域。


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