Language
Country/Area
No result found
從細胞到實驗室：如何有效地提取和分離蛋白質？
蛋白質提取是一系列過程，旨在從細胞、組織或整個生物體的複雜混合物中分離出一種或幾種蛋白質。這一過程對於研究蛋白質的功能、結構和相互作用至關重要。蛋白質提取不僅可以將目標蛋白與其他蛋白質分開，還能分離非蛋白質部分。為了有效地研究感興趣的蛋白質，必須將其從細胞的所有組分中分開，以免雜質干擾蛋白質的結構和功能的檢測。
提取的純質結果可稱為蛋白質分離物。
在蛋白質提取過程中，快速而有效地分離出目標蛋白通常是最繁瑣的部分。分離步驟通常利用蛋白質在大小、物理化學特性、結合親和力和生物活性等方面的差異。隨著對成本更低且效率更高的蛋白質純化方法的需求不斷增加，深入理解不同的蛋白質純化技術及其最佳化對於降低生產成本同時保持高質量的標準至關重要。
目的
蛋白質的生產成本仍然非常高，因此開發成本效益高且快速的蛋白質純化方法變得更為迫切。根據用途的不同，蛋白質純化可分為準備性和分析性兩類。準備性的目的是產生相對較大數量的純化蛋白質供後續使用，例如製備商業產品，如酶（例如乳糖酶）、營養蛋白（例如大豆蛋白分離物）以及某些生物製藥產品（例如胰島素）。而分析性純化則生產相對較少量的蛋白質供研究和分析目的使用，包括識別、定量以及蛋白質的結構、後轉譯修飾和功能的研究。
每個蛋白質純化方案的每一步都被監測，並考慮純化水平和產量的平衡。
一個高純化程度但產量低的結果幾乎不會留下足夠的蛋白質進行實驗，而高產量但純化程度低則會留下大量雜質，干擾研究的準確性。這樣，選擇合適的起始材料以及理想的分離策略變得尤為重要。
初步步驟
提取
如果目標蛋白質未被有機體分泌至外部溶液，純化過程的第一步是破壞包含該蛋白質的細胞。根據蛋白質的脆弱程度和細胞的穩定性，可以使用以下方法之一：反覆冷凍和解凍、超聲波處理、高壓均質化（法國壓力機）、研磨均質化（珠磨機）以及使用洗滌劑（例如Triton X-100）和/或酶（例如溶菌酶）進行透過化。最終，可以通過差異離心法移除細胞碎片。
差異離心法使得在低速離心後，進一步以更大的力進行分離，得到的沉澱物可含有細胞核。
在細胞裂解過程中，釋放出的蛋白酶可能會開始消化溶液中的蛋白質，因此如果目標蛋白質對蛋白酶敏感，應該迅速進行操作並保持提取物冷卻。
超離心
超離心是利用離心力分離不同質量或密度的混合物的過程。當含有各種蛋白質或其他顆粒物質的容器以高速旋轉時，較大、較小、較重的顆粒會比質量較小的顆粒更快地向外移動。透過這一過程，可以獲得特定顆粒的沉澱，稱為「沉澱物」，而處於液體中的非緊凑型顆粒則稱為「上清液」，並可以從容器中去除。
超離心在生物化學中非常有價值，能有效分離生物大分子，並分析其物理特性。
使用蔗糖梯度離心，可以在管中生成一個線性濃度梯度，使得樣本在高速度下旋轉時，重的高分子物質會比輕的物質向下移動得更快。
純化策略
選擇合適的起始材料對於設計純化過程至關重要。在植物或動物中，特定的蛋白質通常不會均勻分佈，某些器官或組織中的濃度會更高。使用蛋白質濃度較高的組織或器官有助於降低鹽溶液的體積，從而提高研究的效率。
再者，待提取的蛋白質可經過重組DNA技術開發產生大量所需蛋白質的細胞（称之为表達系統）。
這可使目標蛋白質上有標籤（例如His標籤或Strep標籤），方便純化，從而減少所需的純化步驟數量。一般來說，蛋白質可以根據其等電點、大小或分子量以及極性/疏水性來進行分離。
結論
在當今科學研究中，對蛋白質的準確分離與純化不僅影響研究結果的可靠性和有效性，也決定著相關技術的發展和應用潛力。因此，隨著科學的進步與需求的日益增長，研究人員如何在保證效率的同時簡化與優化蛋白質的提取與分離過程？
