Metode za čiščenje beljakovin v biotehnologiji

Pomembna sestavina biotehnoloških raziskav je uporaba tehnik beljakovinskega inženiringa za načrtovanje ali spreminjanje beljakovin. Te tehnike čiščenja beljakovin optimizirajo lastnosti beljakovin za posebne industrijske namene.

Te tehnike od znanstvenikov zahtevajo, da izolirajo in očistijo beljakovine, ki vas zanimajo, tako da lahko proučijo njihove skladnosti in substratne posebnosti. Potrebne študije so tudi reakcije z drugimi ligandi (protein, ki se veže na receptorski protein) in specifične encimske aktivnosti.

Zahtevana stopnja čistosti beljakovin je odvisna od predvidene končne uporabe beljakovin. Za nekatere aplikacije zadostuje surov ekstrakt. Druge uporabe, na primer v živilih in farmacevtskih izdelkih, zahtevajo visoko stopnjo čistosti. Več tehnik za čiščenje beljakovin se uporabljajo za doseganje zahtevane stopnje čistosti.

Vsak korak čiščenja beljakovin običajno povzroči izgubo izdelka. Zato je idealna strategija čiščenja beljakovin tista, v kateri je najvišja stopnja čiščenja dosežena v najnižjih korakih.

Izbira naslednjih korakov je odvisna od velikosti, naboja, topnosti in drugih lastnosti ciljnega proteina. Naslednje tehnike so najprimernejše za čiščenje posameznega citosolnega proteina.

Čiščenje kompleksov citosolnih proteinov je bolj zapleteno in običajno zahteva uporabo različnih metod.

Prvi korak pri čiščenju znotrajceličnih (znotraj celice) beljakovin je priprava surovega ekstrakta. Izvleček bo vseboval zapleteno mešanico vseh beljakovin iz citoplazme celic ter nekaj dodatnih makromolekule, kofaktorjev in hranil.

Ta surovi ekstrakt se lahko uporablja za nekatere aplikacije v biotehnologiji. Če pa je vprašanje čistosti, je treba slediti nadaljnjim korakom čiščenja. Surovi beljakovinski ekstrakti se pripravijo z odstranitvijo celičnih naplavin, ki nastanejo z lizo celic, kar dosežemo z uporabo kemikalij oz. encimi, sonication ali francoski tisk.

Odpadki se odstranijo s centrifugiranjem, supernatant (tekočina nad trdnim ostankom) pa se pridobiva. Surove pripravke zunajceličnih (zunaj celic) beljakovin lahko dobimo s preprosto odstranitvijo celic s centrifugiranjem.

Zagotovo biotehnologija Pri tem obstaja potreba po termostabilnih encimih - encimih, ki lahko prenašajo visoke temperature brez denaturiranja, hkrati pa ohranjajo visoko specifično aktivnost.

Organizmi, ki proizvajajo toplotno odporne beljakovine, se včasih imenujejo ekstremofili. Preprost pristop k čiščenju toplotno odpornih beljakovin je denaturiranje ostalih beljakovin v mešanici segrevanje, nato hlajenje raztopine (s čimer omogočimo, da se termostabilni encim preoblikuje ali ponovno raztopi, če potrebno). Denaturirane beljakovine lahko nato odstranimo s centrifugiranjem.

Sodobna biotehnika protokoli pogosto izkoristijo številne komercialno dostopne komplete ali metode, ki zagotavljajo pripravljene rešitve za standardne postopke. Čiščenje beljakovin se pogosto izvaja s pomočjo filtrov in pripravljenih kolon za filtriranje z geli.

Sledite navodilom dializnega kompleta in dodajte pravo količino prave raztopine ter počakajte na določeno časovno obdobje med zbiranjem eluanta (topilo je šlo skozi kolono) v novem testu cev.

Kromatografske metode je mogoče uporabiti z uporabo stolpcev na vrhu ali avtomatsko opremo HPLC. Ločevanje s HPLC se lahko izvede z metodami obratne faze, ionske izmenjave ali izključitve velikosti in vzorci, ki jih odkrijemo z diodno matriko ali lasersko tehnologijo.

V preteklosti je bil skupni drugi korak čiščenja beljakovin iz surovega ekstrakta obarjanje v raztopini z visoko osmotsko trdnostjo (tj. Raztopine soli). Obarjanje beljakovin običajno poteka z uporabo amonijevega sulfata kot soli. Nukleinske kisline v surovem ekstraktu se lahko odstranijo z obarjanjem agregatov, ki nastanejo s streptomicin sulfatom ali protamin sulfatom.

Padavine soli običajno ne vodijo do zelo prečiščenih beljakovin, vendar lahko pomagajo pri odstranjevanju nekaterih neželenih beljakovin v mešanici in koncentraciji vzorca. Soli v raztopini se nato odstranijo z dializo s porozno celulozno cevjo, filtracijo ali kromatografijo za izključitev gela.

Različne beljakovine se bodo oborile v različnih koncentracijah amonijevega sulfata. Na splošno se beljakovine z višjo molekulsko maso oborijo v nižjih koncentracijah amonijevega sulfata.

Reverznofazna kromatografija (RPC) loči beljakovine na podlagi njihove relativne hidrofobnosti (izključitev nepolarnih molekul iz vode). Ta tehnika je zelo selektivna, vendar zahteva uporabo organskih topil.

Nekateri proteini so trajno denaturirani s topili in bodo med RPC izgubili funkcionalnost. Zato se ta metoda ne priporoča za vse aplikacije, zlasti če je potrebno, da ciljni protein ohrani aktivnost.

Ionsko izmenjevalna kromatografija se nanaša na ločevanje beljakovin na osnovi naboja. Stolpce je mogoče pripraviti za anionsko izmenjavo ali kation. Kolone za izmenjavo anionov vsebujejo stacionarno fazo s pozitivnim nabojem, ki privablja negativno nabite proteine.

Kationski menjalni stolpci so obratne, negativno nabito kroglice, ki privabljajo pozitivno nabite proteine. Eluiranje (ekstrahiranje enega materiala iz drugega) ciljnih beljakovin se izvede s spreminjanjem pH v stolpec, kar ima za posledico spremembo ali nevtralizacijo nabitih funkcionalnih skupin vsake beljakovine.

Kromatografija z velikostjo (tudi znana kot gelna filtracija) ločuje večje beljakovine od manjših tiste, ker večje molekule hitreje potujejo skozi premreženi polimer v kromatografiji stolpec. Veliki proteini se ne prilegajo v pore polimera, medtem ko manjši beljakovine potrebujejo dlje časa, da se skozi kromatografski stolpec peljejo po manj neposredni poti.

Eluat (rezultat elucije) je zbran v serijo epruvet, ki ločujejo beljakovine glede na čas elucije. Gelna filtracija je koristno orodje za koncentriranje vzorca beljakovin, saj se ciljni protein zbere v manjši količini elucije, kot je bila prvotno dodana v kolono. Podobne tehnike filtriranja se lahko uporabijo med obsežno proizvodnjo beljakovin zaradi stroškovne učinkovitosti.

Afinitetna kromatografija je zelo uporabna tehnika za "poliranje" ali dokončanje procesa čiščenja beljakovin. Zrnca v kromatografskem stolpcu so navzkrižno povezana z ligandi, ki se specifično vežejo na ciljni protein.

Beljak se nato odstrani iz kolone z izpiranjem z raztopino, ki vsebuje proste ligande. Ta metoda daje najbolj čiste rezultate in najvišjo specifično aktivnost v primerjavi z drugimi tehnikami.

SDS-PAGE (natrijev dodecil sulfat, ki se uporablja z elektroforezo poliakrilamidnega gela) se veže na beljakovine, ki jim dajo velik negativni naboj. Ker so naboji vseh beljakovin dokaj enaki, jih ta metoda skoraj v celoti loči glede na velikost.

SDS-PAGE se pogosto uporablja za testiranje čistosti beljakovin po vsakem koraku v seriji. Ker se neželene beljakovine postopoma odstranijo iz mešanice, se število pasov, ki se prikazujejo na SDS-PAGE gelu, zmanjša, dokler ni le en pas, ki predstavlja želeni protein.

Imunoblotting je tehnika vizualizacije beljakovin, ki se uporablja v kombinaciji z afinitetno kromatografijo. Protitelesa za določen protein se uporabljajo kot ligandi na stolpcu za afinitetno kromatografijo.

Ciljni protein se zadrži na koloni, nato se odstrani z izpiranjem kolone s solno raztopino ali drugimi sredstvi. Protitelesa, povezana z radioaktivnimi ali nalepkami za barvanje, pomagajo pri odkrivanju ciljnega proteina, ko ga ločimo od ostale mešanice.