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大肠杆菌细胞的破碎和包涵体的制备实验

2019.9.13

           

实验材料

过表达σ32 的大肠杆菌细胞株

试剂、试剂盒

氯霉素 氨苄青霉素 异丙基硫代-β-D-半乳糖苷 利福平 LB 培养基 SDS 样品缓冲液 脱氧胆酸钠

仪器、耗材

Oak Ridge 离心管 带刻度的聚丙烯锥形离心管 Tissue-TearorTM 匀浆器 超声破碎器

实验步骤

材料与设备

过表达σ32 的大肠杆菌细胞株〔BL21(DE3)/pLysS,pLHN16〕

氯霉素

氨苄青霉素

异丙基硫代-β-D-半乳糖苷(IPTG)

利福平

Oak Ridge 离心管(40-ml)

带刻度的聚丙烯锥形离心管(50-ml)

Tissue-TearorTM 匀浆器(Fisher Scientific15-338-55)

超声破碎器

试剂

LB 培养基

SDS 样品缓冲液(2X)

脱氧胆酸钠(DOC)(20% 储液)

(配方,见"试剂的配制",PP.184~189)

操作程序

原材料的制备

本单元所用的大肠杆菌细胞株〔σ32 的过表达质粒为 pLHN16, 宿主菌为 BL21(DE3)/pLysS〕是按 Nguyen 等(1993) 所述方法构建的〔参见 Nuvagen 公同出版的 pETTM System Manual(Novagen,Inc.1995) 中关于 pETll 表达系统的应用〕。

1) 大肠杆菌于 37°C 摇瓶培养,摇瓶体积为 2000-ml,每瓶装 500 ml LB 培养基,在氯霉素(25ug/ml)/氰苄青霉素(100ug/ml) 的选择压力下,培养至 A550nm 达 0.9。

2) 加 IPTG, 至终浓度为 1 mmol/L, 诱导 T7RNA 聚合酶表达。诱导 0.5 h 后,加利福平至终浓度为 150ug/ml, 以获得最大程度的过表达。

3) 加利福平后 3.5 小时结束培养,4°C、8000r/min 离心 30 min, 收集细胞。将毎升培养液所得的细胞沉淀物重悬于 30 ml LB 培养基,再用 40-ml Oak Ridge 离心管,4°C、13000r/min 离心 10 min。细胞用干冰速冻,储存于-70°C 备用。
注:本单元所用的细胞虽是冻存的,但对于未知的蛋白质,用新鮮细胞制备要安全得多,特别是需要重折叠的话。细胞冻存最好不超过 5d(天)。

为监测纯化操作步骤的取样

为监测纯化的进程和效果,有必要在每个纯化阶段对每个组分进行下列操作步骤。

1) 测量体积。
注:一个非常便捷的办法是,对所用的各种大小的试管例如:Eppentbrf 管、Oak Ridge 离心管等,细心地加 H2O 并标出各体积所对应的水平线,准备好一套经过标定的管子,以用来快速测量溶液的体积。带刻度的锥形离心管也可方便地用于这一目的。

2) 将一份 36-ul 的样品加入 84ul SDS 样品缓冲液 (2X) 中,70~90°C 水浴加热 2~5 min, 保存于 4°C 。

3) 留取部分样品(150ul) 供蛋白测定和免疫定量(inrnumo-quantitation) 用。将上述信息记录在纯化记录表中,并以此编制纯化总结表。必须小心地留存好有代表性的样品。这就是说,应在临取样前将整个组分真正混合均匀。这一点对那些含有沉淀或重悬的不溶物质的组分来说尤为重要。为方便起见,在留取用于 SDS 凝胶电泳分析和蛋白质定量测定的样品时,可造一张表,列出样品A~J 及其有关描述和体积,以及要检査的两种层析柱。在本单元中,还将指导你在不同的纯化阶段进行取样(如各实验中所述),这些样品将用于纯化方案的补充实验,如本单元最后一节所述。

超声破碎细胞

1) 取 3 g 大肠杆菌细胞 [BL21(DE3)/PLysS,pLHN16〕于室温下解冻。细胞经组织破碎器短暂匀浆后,重悬于 20 ml 缓冲液 A(置一 40-ml 的 Oak Ridge 离心管) 中。
注:纯化σ32 时,缓冲液 A 中不加还原剂,因σ32 不含半胱氨酸残基。通常,所有缓冲液中都要加 (0.1~0.5 mmol/L 二硫苏糖醇,以防蛋白质氧化。

2) 用大超声头,设定 8 个循环和 50% 的时间间隔,在冰浴中超声 90s。
注:BL21 DE3 细胞携带有表达 T7 溶菌繭的 pLysS。不过,该溶菌酶不能从内側攻击细胞壁,故此基因不是致死的。当细胞冻融时,溶菌醅会接近细胞壁,使细胞裂解。在有些情况下,这足以使细胞破裂,但必须解决好因 DNA 释出而产生的粘度问题。一种方法是用相当大量的 DNA 酶 I 消化,但这可能是昂贵的,并对混合物又加入了一种蛋白质,因而可能引起更多的麻烦(例如,正在纯化 DNA 结合蛋白的话)。为此,为确保细胞完全玻碎,我们采用了超声处理法。这可在很大程度上切断 DNA, 使包涵体的沉淀变得较为容易。

3) 加 DOC, 使终浓度为 0.2%(即,加约 240ul 的 20%DOC 储液)。混匀,静置 10 min
注:1. 0.2%DOC 是用来帮助释出少量不溶性蛋白质的,在高浓度(2.0%) 下则释出细胞膜的成分(见实验 2)。DOC 溶解得相当慢,因此,其储液应提前 1 天配制。2. 若只想分离包涵体. 不希望对上清中的可溶性蛋白质作进一步的分级分离(如下文的样品 B), 则可在这一步加 DOC 至终浓度 2%, 并略去实验 2 中所述的第二次 DOC 洗涤。

4) 取第一个样品(样品 A), 如上所述见 p.146)。

包涵体和可溶性提取物的制备

1) 为沉淀包涵体,细胞裂解物用小转头(SorvallSS-34 或 Beckman JA20),4°C、13000r/min 离心 10 min。

2) 轻轻倾出上清(取样品 B),冰上保存,供 PEI 沉淀和免疫亲和层析(IAC) 纯化核心 RNA 聚合酶-P2 复合物用(见实验 3)。关于包涵体中的过表达的溶解和复性,见实验 2。

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