三、基因重组蛋白包涵体的分离和复性

1、外源基因在大肠杆菌中的表达形式位于位于细胞质细胞质细胞周质细胞周质细胞外细胞外表达产物表达产物形式形式包涵体蛋白包涵体蛋白融合蛋白融合蛋白整合型外源蛋白整合型外源蛋白分泌型外源蛋白分泌型外源蛋白细胞质中表达: 外源基因在大肠杆菌寄主细胞质中高效表达时，常会发生一种特殊的生理现象，形成包涵体。 包涵体：存在于细胞质中的一种由不可溶性蛋白质聚集折叠而成的晶体结构物。包涵体表达形式的优点 在一定程度上保持表达产物的结构稳定 能够避免细胞内蛋白水解酶的作用，有利于目标蛋白的富集 简化外源基因表达产物的分离操作 包涵体的水难溶性及其密度远大于其它细胞碎片和细胞成分，菌 体经超声波裂解后，直接通过高速离心

2、即可将重组异源蛋白从细 菌裂解物中分离出来 能够表达对大肠杆菌宿主有毒或有致死效应的目标蛋白。包涵体表达形式的缺点 以包涵体形式表达的重组蛋白丧失了原有的生物活性，必须通过 有效的变性复性操作，才能得到有正确空间构象的目标蛋白。 体外复性蛋白质的成功率相当低，一般不超过 30% 复性处理工艺可使目标蛋白的制备成本上升。包涵体加工流程包涵体加工流程去除细胞碎片去除细胞碎片（ 膜蛋白和脂类等）膜蛋白和脂类等） 包涵包涵体体提提取取n如何对包涵体蛋白进行高效体外复性以获得活性产品是生物工程产业化经常面临的一个难题包涵体的洗涤包涵体的洗涤 为除去包涵体上粘附的杂质，应用为除去包涵体上粘附的杂质，应用洗

3、涤液洗涤液洗涤洗涤包涵体沉淀包涵体沉淀 常用常用去污剂去污剂Triton X-l00或或脱氧胆酸钠脱氧胆酸钠和和低浓度变性剂低浓度变性剂（如（如2mol/L尿素或盐酸胍等，洗涤尿素或盐酸胍等，洗涤以除去脂类和膜蛋白以除去脂类和膜蛋白。 如：如：50mM Tris-HCl， pH7.0-8.5， 2M尿素，尿素，1mM EDTA包涵体的溶解包涵体的溶解大多数在大多数在pH8的条件下，用的条件下，用强变性剂强变性剂如如8mol/L尿素、尿素、 6mol/L盐酸胍，盐酸胍，打断包涵体蛋白质分子内和分子间的各种化学键，使多肽伸展打断包涵体蛋白质分子内和分子间的各种化学键，使多肽伸展n对于含有S-S的蛋

4、白质，分离的包涵体中通常含有一些链间形成的二硫键和链内的非活性二硫键n为将包涵体充分溶解，需加入还原剂（如二硫苏糖醇 DTT、GSH、巯基乙醇 -ME）打开蛋白质中所有二硫键，一般是50-100mM -ME或DTT（对于目标蛋白没有二硫键的有时也应使用还原剂，因为含S-S的杂蛋白会影响包涵体的溶解）n同时还应加入金属螯合剂，如EDTA，用来螯合Cu2+、Fe3+等金属离子，防止已经处于还原状态的SH-与之发生氧化反应。 包涵体溶解后，蛋白质成为失去了生物学活性伸展肽链蛋白质复性机理蛋白质复性机理蛋白质复性过程中，涉及两种疏水相互作用：蛋白质复性过程中，涉及两种疏水相互作用：一是一是分子内的疏水

5、相互作用分子内的疏水相互作用促使蛋白质正确折叠促使蛋白质正确折叠二是二是肽链分子间的疏水相互作用肽链分子间的疏水相互作用导致蛋白质分子间聚集，形导致蛋白质分子间聚集，形成寡聚体和多聚体成寡聚体和多聚体再进一步聚集形成沉淀再进一步聚集形成沉淀n两者互相竞争，影响蛋白质复性收率。n复性过程中，抑制肽链间的疏水相互作用以防止聚集，是提高复性收率的关键。局部肽段先由氢键形成一些二级结构构象单元，如螺旋、折叠、转角等一般说来，在优化的条件下，大多数蛋白质体外复性效率一般说来，在优化的条件下，大多数蛋白质体外复性效率在在20%左右左右 复性常用方法复性常用方法1. 稀释复性稀释复性： 直接加入水或复性缓冲

6、液，缺点是体积增加直接加入水或复性缓冲液，缺点是体积增加较大，后续处理困难。较大，后续处理困难。 2.透析复性透析复性：好处是不增加体积，通过逐渐降：好处是不增加体积，通过逐渐降低外透液浓度来控制变性剂去除速度，速度慢，不低外透液浓度来控制变性剂去除速度，速度慢，不适合大规模操作。适合大规模操作。 3. 超滤复性超滤复性：选择合适载留分子量的膜，允许：选择合适载留分子量的膜，允许变性剂通过膜而蛋白质通不过。缺点是不适合样品变性剂通过膜而蛋白质通不过。缺点是不适合样品量较少的情况，且有些蛋白可能在超滤过程中不可量较少的情况，且有些蛋白可能在超滤过程中不可逆的变性（逆的变性（蛋白聚集于膜上蛋白聚集

7、于膜上）。）。4. 色谱复性色谱复性：兼具分离。：兼具分离。4.1 凝胶过滤复性凝胶过滤复性：该法可以起到一定的抑制凝集作用，并且在凝该法可以起到一定的抑制凝集作用，并且在凝胶过滤中脲等变性剂脱除得相对较慢，对有些胶过滤中脲等变性剂脱除得相对较慢，对有些蛋白质的复性有利。蛋白质的复性有利。4.2吸附型层析复性吸附型层析复性：原理是层析柱平衡后，将变性蛋白上样并吸附在凝原理是层析柱平衡后，将变性蛋白上样并吸附在凝胶介质上，然后用清洗缓冲液洗掉未吸附的变性剂胶介质上，然后用清洗缓冲液洗掉未吸附的变性剂和杂蛋白，最后用复性缓冲液将吸附的蛋白洗脱下和杂蛋白，最后用复性缓冲液将吸附的蛋白洗脱下来，在来，在洗脱过程中完成复性。洗脱过程中完成复性。各类氨基酸自动测序仪各类氨基酸自动测序仪原核细菌表达的重组蛋白产物的质量检测项目与方法检测项目检测方法产品是否含内毒素家兔热原法蛋白质是否变异肽谱、HPLC、等电聚焦、毛细管电泳甲硫氨酸是否被甲酰化肽谱、质谱、HPLC、Edman分析蛋白质是否变性、聚合、脱氨基SDS-PAG