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蛋白质凝胶过滤层析实验

2020.6.08

  凝胶过滤层析(也叫分子筛)是利用具有多孔网状结构的颗粒的分子筛作用,根据被分离样品中各组分相对分子质量大小的差异进行分离的技术。

  凝胶过滤层析(GF)法又称为排阻层析或分子筛方法,主要是根据蛋白质的大小和形状,即蛋白质的质量进行分离和纯化。层析柱中的填料是惰性的多孔网状结构物质,多是交联的聚糖(如葡聚糖或琼脂糖)类物质,使蛋白质混合物中的物质按分子大小的不同进行分离。也叫做分子排阻层析(molecular-exclusion chromatography)。一般是大分子先流出来,小分子后流出来。凝胶过滤层析非常适合对pH变化、金属离子或辅助因子浓度以及大环境情况敏感的生物分子。

  为了进行分离,将凝胶填料装柱形成柱床。填料是球状颗粒的多孔填料,根据其化学和物理稳定性以及惰性(没有反应性和吸附性)进行的选择。在分离过程中,样品用同溶剂进行洗脱,而在分离的后期,通常需要使用流动的缓冲液,以便移除柱子中残余的分子,使柱子可用于下一次分离。

  样品制备:

  1.样品必须澄清,没有颗粒状物,否则容易堵塞层析柱。

  2.样品缓冲液:样品缓冲液的pH、离子强度和组成不会显著性影响结果的分辨率,只要这些参数不影响被分离蛋白质的大小和稳定性,也不超出填料的稳定范围。

  3.样品浓度:凝胶过滤分离效果与样品量无关,因此与样品浓度也没有关系。通常蛋白浓度不要超过60mg/mL。样品的溶解性和粘度会限制样品浓度,关键在于样品相对于流动相的粘度,太高的样品粘度会引起分离的不稳定性和不规则的流动形式,会导致非常宽和成串的峰形,反压也会增加,因此对于粘度大的样品需要进行稀释。

  样品体积:在凝胶过滤中,这是最重要的参数之一。一般推荐上样的体积在1-30%之间,可以做梯度实验,确定最佳的上样体积。

  缓冲液组成和制备:

  在凝胶过滤中,缓冲液的组成不直接影响获得的分辨率,更重要的考虑是,缓冲液对目标蛋白分子的形状和生物学活性的影响。选择的缓冲液和pH需要使蛋白保持稳定性和活性。缓冲液在使用之前,应当使用0.45um或者0.22um的膜进行过滤,在进行凝胶过滤之前,必须进行脱气处理。

  层析柱:

  凝胶过滤层析中,柱效尤为重要。由于分离过程中只有一个柱体积的缓冲液流过柱子,装柱柱床和颗粒的均一性影响流过柱子的一致性,因此影响峰形和最终的峰宽。高度均一的凝胶过滤填料有助于分子的窄峰洗脱。因此要尤为注意所用柱子的柱效。所以凝胶过滤层析柱装好之后,需要进行柱效的测定。

  纯化过程:

  1.在开始上样前,应将缓冲液和柱子维持在相同的温度。温度的快速交换会引起装柱中的气泡产生,影响分离。

  2.样品进样方法取决于进样体积和进样使用的设备,可以通过色谱系统、蠕动泵或注射器直接上柱。

  3.样品进入凝胶过滤层析柱后,不同分子量差异的分子在柱中流动的速度不同;为了获得良好的分离效果,应使用适当的流速,确保有足够的时间允许分子进入或流出柱子。低流速有助于获得更好的分辨率。如果在低流速时峰形分离良好,也可以增加流速或者缩短柱子以节省时间。

  举例一些峰形出现的可能原因(图片源于GE)

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