蛋白质透析还是脱盐？蛋白质纯化方法选择指南

作者：Halina Zakowicz 博士

本指南及决策树将帮助您在不同的蛋白质纯化方法之间做出选择

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蛋白质样品脱盐和蛋白质样品透析是两种常见的用于样品制备的蛋白质纯化方法。虽然它们的目的都是从目标蛋白质样品中去除小分子或不需要的物质，但它们在操作机制和原理上有所不同。

决定何时使用脱盐与透析取决于多个因素，包括时间、样品量、所需的纯度水平、样品纯化方法、蛋白质类型以及不需要分子的大小和分子量。

蛋白质纯化及抗体纯化树脂

什么是蛋白质脱盐？

蛋白质脱盐是一种常用技术，用于从蛋白质样品中去除盐分和其他小分子。该技术通常使用尺寸排阻色谱（SEC）柱或装有树脂的脱盐离心柱进行。将样品加载到色谱柱上后，盐分子由于其不同的分子量和尺寸，在通过树脂时与蛋白质分离。感兴趣的蛋白质被收集在单独的组分中，不含盐分和其他小分子。

脱盐柱（图1）依赖于凝胶过滤色谱法，也称为尺寸排阻色谱法（SEC），其中不同的分子量截留限（MWCO）根据尺寸排除分子。这个过程类似于分子筛。当匹配正确时，感兴趣的生物大分子太大而无法进入树脂孔隙，并迅速通过色谱柱。

相比之下，缓冲盐和其他小分子进入树脂的孔隙，这减缓了它们通过树脂床的迁移速度。较大的生物大分子移动得更快，从而与较慢的小分子分离。当它们从色谱柱中流出时，分别收集不同的组分，感兴趣的生物大分子可以与之后从色谱柱中流出的小分子分开回收。这张图片展示了 Zeba蛋白质脱盐柱使用凝胶过滤层析进行样品脱盐。

一个蛋白质脱盐柱

图1. 一个蛋白质脱盐柱

蛋白质脱盐的优缺点

  1. 去除不需要的盐分
  2. 适用于各种样品体积
  3. 操作简单快速
  4. 与有机溶剂及其他溶剂兼容
  5. 可将污染物浓缩至相对较小的体积（适用于处理有毒/放射性物质）
  6. 样品输入体积有限
  7. 蛋白质特性可能发生的改变

什么是蛋白质透析？

蛋白质样品透析是一种用于更换缓冲液或去除蛋白质样品中不需要的分子的蛋白纯化技术。蛋白质透析过程是将蛋白质样品置于一种选择性通透膜（即透析管）中，并将其浸入缓冲溶液里。透析膜允许小分子（如盐分或污染物）从样品中扩散出去，而保留住蛋白质。这一过程可以实现缓冲液的置换和不需要物质的去除，最终得到纯化的蛋白质样品。

蛋白透析膜的工作原理

图2. 蛋白透析膜的工作原理。透析膜是一种半透膜（通常是一层再生纤维素薄膜），其表面具有不同大小的孔隙。大于孔隙的分子无法穿过膜，但小分子则可以自由通过。以这种方式，透析可用于含有大分子样品的纯化或缓冲液置换。

蛋白质透析的优点与缺点

  1. 高效去除小分子。
  2. 保持蛋白质完整性。
  3. 适用于多种样品体积。
  4. 与多种缓冲体系的兼容性
  5. 耗时较长的过程。
  6. 存在蛋白质损失的风险。
  7. 重复使用膜时可能造成膜堵塞

何时使用蛋白质脱盐进行蛋白质纯化和分析

如果您的蛋白质样品中含有高浓度的盐分，这些盐分可能会干扰下游的蛋白质分析技术，例如蛋白质定量、凝胶电泳、质谱分析或酶活性测定，则可以进行蛋白质脱盐处理以去除这些盐分，从而提高分析结果的准确性与可靠性。

如果您的蛋白质样品所处的缓冲液与您希望使用的分析方法不兼容，则可以在添加更合适的缓冲体系之前，通过蛋白质脱盐去除盐分和小分子物质。

何时使用蛋白质透析进行蛋白质纯化和分析

蛋白质透析能有效去除蛋白质样品中的小分子，例如去垢剂或低分子量污染物。如果这些分子会干扰下游的蛋白质分析技术（如蛋白质定量、凝胶电泳、质谱分析或酶活性测定），则蛋白质透析可以帮助去除这些干扰物质并提高分析的准确性。

如果蛋白质样品所处的缓冲液与目标分析方法不兼容，则可以使用透析去除不需要的盐分和去垢剂，然后再加入替换用的缓冲液。这在不同实验方案之间转换或准备特定检测或实验的样品时尤其有用。

蛋白质透析是一种温和的方法，有助于保持蛋白质的天然结构、稳定性和功能。对于在严苛条件下容易发生变性或聚集的敏感性蛋白质而言，这种方法特别有益。

总之，蛋白质样品脱盐的重点是去除盐分和低分子量物质，而蛋白质样品透析则用于缓冲液置换，并去除蛋白质样品中不需要的、通常较大的分子。脱盐通常是较为简单快速的过程，而透析耗时较长，但能够更彻底地净化蛋白质并提高回收率。这些因素有助于区分两种技术，并为选择其中一种方法提供依据。

总之，蛋白质样品脱盐的重点是去除盐分和低分子量物质，而蛋白质样品透析则用于缓冲液置换，并去除蛋白质样品中不需要的、通常较大的分子。脱盐通常是较为简单快速的过程，而透析耗时较长，但能够更彻底地净化蛋白质并提高回收率。这些因素有助于区分两种技术，并为选择其中一种方法提供依据。

蛋白质透析与脱盐决策树

蛋白质透析与脱盐决策树

以下是一个比较蛋白质脱盐和蛋白质透析的决策树，比较因素包括时间、盐分去除、小分子去除、蛋白质变性以及样品体积：

  • 如果时间有限且需要快速缓冲液置换，请选择蛋白质脱盐。
  • 如果时间不是限制因素，则进入下一步。
  • 如果处理的是较大体积的样品，蛋白质透析可能更合适，因为它最多可容纳250毫升样品。
  • 如果处理的是较小体积的样品（<10毫升），可根据个人偏好选择蛋白质脱盐或蛋白质透析。
  • 如果高效去除盐分至关重要，蛋白质脱盐是一个合适的选择。
  • 如果中度或低度脱盐即可满足需求，请继续下一步。
  • 如果有必要去除小分子，建议采用蛋白质透析。根据小分子的类型，还可以考虑使用去垢剂去除树脂，或者 Zeba 脱盐柱和生物素去除柱/过滤板 。
  • 如果不需要优先去除小分子，请继续下一步。
  • 如果蛋白质对变性敏感，则建议选择蛋白质透析，因为这是一种温和的方法，有助于保持蛋白质的稳定性。
  • 如果无需担心蛋白质变性问题，则进行脱盐处理。

该决策树提供了一个通用指南，可根据上述因素在蛋白质脱盐和蛋白质透析之间进行选择。然而，需要注意的是，最终选择哪种蛋白质纯化方法还应考虑到实验的具体要求、蛋白质样品的特性以及所选方法与下游分析技术的兼容性。

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仅供研究使用，不可用于诊断程序。

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