蛋白质zeta电位与离子交换层析容量因子的相关性研究

针对蛋白质离子交换层析分离过程预测的困难,选择zeta电位作为中间参数,建立zeta电位与层析容量因子之间的关联.选择牛血清白蛋白(BSA)作为模型蛋白质,考察了pH、离子浓度、离子种类等对蛋白质zeta电位的影响,证实了zeta电位作为蛋白质表面电荷特性表征参数的可行性.以阴离子交换Sepharose FF DEAE为模型层析介质,测定了BSA在不同pH和盐浓度下的容量因子.综合考虑蛋白质和介质两方面因素,选择两者zeta电位乘积(-ζ1×ζ2)作为中间参数,对于不同pH和盐浓度的流动相,(-ζ1×ζ2)与容量因子的对数呈现良好的线性关系,实现了由简便的zeta电位分析预估宏观离子交换层析分离行为的目的,该关联关系的建立将有助于层析分离过程的优化设计.     

接枝聚合物配基的蛋白质吸附层析

以离子交换、亲和结合和疏水性吸附为主的蛋白质吸附层析是药用蛋白质生产过程的核心技术,开发新技术和提高蛋白质吸附层析操作的分离效率(如选择性和动态吸附容量等)是该领域的主要研究目标。近年来聚合物配基接枝的层析介质由于同时具有较高的吸附容量和传质速率,得到产学界的广泛关注。本文针对聚合物配基接枝修饰的蛋白质吸附层析介质的配基化学特征、吸附和传质特性、层析分离应用和设计等方面进行评述。首先介绍不同种类的聚合物接枝介质,然后系统阐述聚合物配基化学特性对介质吸附和传质性能的影响机制,并分析上述性质对聚合物配基接枝层析介质分离特性的影响机理和应用,最后讨论和展望了高效聚合物配基接枝介质设计、开发和应用的前景。     

超氧化物歧化酶吸附分离-化学修饰的耦合过程

以超氧化物歧化酶(supcroxide dismutase,SOD)为模板蛋白,将其分离纯化过程和修饰过程耦合起来,从而获得比活更高、稳定性更好的修饰SOD.将SOD选择性地吸附在DEAE-52层析柱和铜离子螯合葡聚糖凝胶柱上,先不经洗脱分离,直接用活化的聚乙二醇(PEG)5000对吸附在柱上的SOD进行化学修饰,再通过特异性洗脱分离获得PEG-SOD,使SOD分离纯化和修饰过程同步完成.SOD通过离子交换吸附层析-PEG修饰耦合过程和金属螯合层析-PEG修饰耦合过程,所得的PEG-SOD比活力分别为9638.0 U/mg和9067.8 U/mg,纯化倍数分别为1.87倍和1.755倍,氨基修饰率分别为35.3%和40.9%.结果表明SOD的分离纯化-化学修饰耦合过程是可行的,且金属螫合层析-修饰耦合过程的效果要优于离子交换吸附层析-修饰耦合过程.     

离子交换柱自动化升级设计实例

阴阳离子交换柱是离子交换层析(Ion Exchange Chromatography简称为IEC)的一种,在我国的应用时间比较久远,具有灵敏度高,重复性、选择性好,分离速度快等优点,是当前最常用的层析法之一,常用于多种离子型生物分子的分离,包括蛋白质、氨基酸、多肽及核酸等。但是很难实现自动化,造成运行成本高,人工操作失误率高等缺点,现根据近几年的设计经验对离子交换柱的自控方式做论述。     

重组人表皮生长因子的分离和纯化工艺的研究

探讨了人表皮生长因子的分离思路并据此研究了人表皮生长因子的分离工艺,特别是对工程发酵液理化特征和各层析单元操作的结果进行了详细地研究分析.结果表明发酵液中目标产物与杂蛋白质间的分子量相差较大,其等电点也有一定的差距.在层析分离单元中,凝胶层析可使人表皮生长因子的纯度提高至94%以上,收率达72%以上;而离子交换层析与扩张床吸附则具有较高生产力的特点.根据不同的层析操作所提出的三条生产工艺而生产的人表皮生长因子可满足不同的市场需求.     

阴离子交换剂DEAE-Spherodex M的蛋白质吸附性能

通过间歇吸附实验,采用Langmuir等温方程和改进的平行扩散模型,研究了牛血清白蛋白和γ 球蛋白在阴离子交换剂DEAE SpherodexM中的静态和动态吸附行为,分析了吸附过程的热力学参数。研究发现,阴离子交换剂的吸附平衡是吸热反应,对于较宽分子尺寸范围的蛋白质,DEAE SpherodexM均具有较高的离子交换吸附速率。研究表明,DEAE SpherodexM具有较好的机械强度、化学和热稳定性、稳定的功能基、较高的交换容量和较快的离子交换速度,是一种较好的蛋白质分离介质。     

琼脂糖-DEAE离子交换介质的配基密度和孔径对BSA吸附的影响

离子交换色谱是蛋白质分离纯化的有效方法之一,配基密度和介质孔径是影响蛋白质吸附的关键因素。采用3种不同琼脂糖浓度的凝胶为基质,具有不同的平均孔径,分别偶联上阴离子交换配基DEAE,通过调控反应条件,包括反应温度、反应时间、碱浓度和DEAE浓度,得到了不同配基密度和介质孔径的系列DEAE离子交换介质。考察了牛血清白蛋白（BSA）的静态和动态吸附性能,发现随配基密度增加或介质孔径减小,BSA饱和吸附容量有所增大;对于吸附动力学,介质孔径显著影响有效扩散系数。结果表明,配基密度和介质孔径共同决定了蛋白质的吸附性能,介质孔径主导蛋白质的孔内扩散,而配基密度则影响配基-蛋白质间的相互作用。     

一种表达于大肠杆菌体内的重组蛋白质药物下游纯化过程的研究

叙述了一种表达于大肠杆菌中的重组蛋白质药物的下游纯化工艺研究过程。新工艺采用离子交换层析联合疏水层析进行纯化,与传统的工艺相比,降低了生产成本,缩短了批生产时间,更有利于对该重组蛋白质药物进行大规模生产。     

木瓜凝乳蛋白酶的分离纯化及性质研究

目的　建立简单有效的木瓜凝乳蛋白酶分离纯化方法 ,并研究其酶学性质。方法　采用离子交换层析直接将木瓜凝乳蛋白酶分离纯化 ,通过温度、葡萄糖、盐酸胍及其他因素研究酶学性质。结果　木瓜凝乳蛋白酶有较高的热稳定性 ,盐酸胍对其有抑制作用 ,葡萄糖对其有激活作用。结论　离子交换层析是简单有效的分离纯化木瓜凝乳蛋白酶的方法 ,木瓜凝乳蛋白酶值得进一步开发利用。     

共聚物接枝蛋白离子交换色谱介质制备及性能

高容量蛋白质色谱介质是色谱过程高效化的材料基础和重要前提。采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术,以甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体化合物合成了多种无规共聚物接枝离子交换色谱介质,并对其蛋白质吸附性能进行研究。单体总浓度一定情况下共聚物接枝色谱介质孔道半径（r_pore）随MMA浓度升高而增大,反映出接枝共聚物链渐趋塌陷的特征。蛋白质吸附结果表明,溶菌酶吸附容量取决于介质的离子交换容量;而抗体吸附容量则与rpore及相应的聚合物层厚度变化密切相关。随着聚合物层厚度的增大,聚合物层对抗体的空间排阻作用增强,抗体吸附容量下降。此外,引入MMA优化共聚物分子链可显著提高蛋白质吸附量,在SEP-gS30/M30介质中抗体和溶菌酶的饱和吸附量分别达到237 mg·g^-1和380 mg·g^-1。无规共聚物接枝离子交换色谱介质孔道内聚合物层厚度和蛋白质吸附也受无机盐浓度调控。     

Analysis of steric mass-action model for protein adsorption equilibrium onto porous anion-exchange adsorbent

The ion-exchange equilibrium of bovine serum albumin (BSA) to an anion exchanger, DEAE Spherodex M, has been studied by batch adsorption experiments at pH values ranging from 5.26 to 7.6 and ionic strengths from 10 to 117.1 mmol/l. Using the unadjustable adsorption equilibrium parameters obtained from batch experiments, the applicability of the steric mass-action (SMA) model was analyzed for describing protein ion-exchange equilibrium in different buffer systems. The parametric sensitivity analysis was performed by perturbing each of the model parameters, while holding the rest constant. The simulation results showed that, at high salt concentrations or low pHs close to the isoelectric point of the protein, the precision of the model prediction decreased. Parametric sensitivity analysis showed that the characteristic charge and protein steric factor had the largest effects on ion-exchange equilibrium, while the effect of equilibrium constant was about 70%-95% smaller than those of characteristic charge and steric factor under all conditions investigated. The SMA model with the relationship between the adjusted characteristic charge and the salt concentration can well predict the protein adsorption isotherms in a wide pH range from 5.84 to 7.6. It is considered that the SMA model could be further improved by taking into account the effect of salt concentration on the intermolecular interactions of proteins.     

空间质量作用模型预测小分子离子交换平衡

The steric mass-action (SMA) model has been widely reported in the literature for ion-exchange and metal-affinity interaction adsorption equilibrium of biomacromolecules. In this paper, the usefulness of SMA model is analyzed for describing micromolecule ion-exchange equilibrium onto cation exchangers, CM Sephadex C-25 and Streamline SP. Batch adsorption experiments with ephedrine hydrochloride as a model adsorbate are carried out to determine the model parameters, that is, steric factor, characteristic charge and equilibrium constant. The result shows that the SMA model parameters of micromolecule cannot be obtained using the nonlinear least-square fitting method as protein‘s due to the remarkable difference between the molecular mass and dimension of micromolecule and protein. It is considered that the small size of the adsorbates dealt with in this study justifies the neglect of steric hindrances arising from adsorbate bulkiness. Thus, the three-parameter SMA model is reduced to two-parameter one (i.e., steric factor is equal to zero) for describing micromolecule ion-exchange equilibrium. It is found that the equilibrium constant for CM Sephadex C-25 increases with increasing ionic strength, while the equilibrium constant for Streamline SP shows an opposite trend. This is probably due to the remarkable difference between the physicalpro perties of the two adsorbents. Then, the relationship between the equilibrium constant and ionic strength is described by an expression. The computer simulations show that, the theoretical model with the correlation is promising in the prediction of micromolecule adsorption decrease with increasing ionic strength in a wide range of salt concentration.     

pH值和离子强度对空间质量作用模型参数的影响

以牛血清白蛋白（BSA）为模型蛋白质研究了pH值和离子强度对空间质量作用模型参数的影响。通过静态吸附实验确定了不同pH值和离子强度条件下BSA在阴离子交换剂DEAE-Spherodex M上的吸附平衡,利用色谱实验及非线性最小二乘法确定模型参数。研究发现,只有在pH值远大于BSA等电点时,蛋白质的特征电荷数和空间因子才为常数;离子交换平衡常数不仅是pH值的函数,也受到液相离子强度的影响。     

蛋白质在离子交换吸附剂颗粒中的扩散系数

采用以化学势梯度作为扩散推动力的Maxwell-Stephan扩散方程（MS方程）,结合平行扩散模型,对阴离子吸附剂Q-SepharoseFF吸附牛血清白蛋白（BSA）的动态试验数据进行了模拟,拟舍得到了BSA的表面扩散和孔扩散系数。研究表明表面扩散系数随pH降低、盐浓度增加而增大;孔扩散系数随pH增加、盐浓度降低而增加,随蛋白质初始浓度增加而减小。在表面扩散不容忽视且为非线性吸附的条件下采用Fick定律时得到的表面扩散系数是蛋白质浓度的函数,且大于根据MS方程得到的表面扩散系数。     

盐响应型蛋白质吸附阳离子交换膜

通过简单可控的“一锅法”将聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐（PSPM）接枝到化学稳定性良好的富含叔胺基的聚醚砜酮（PTA）膜表面,制备得到盐响应型阳离子交换膜（PTA-GS）。以中性时带正电的溶菌酶（Lys）和带负电的牛血清白蛋白（BSA）作为模型蛋白质,系统研究了PTA-GS膜对蛋白质的静态吸附性能、吸附动力学以及盐响应的吸附性能,并采用等温吸附模型、吸附动力学模型对实验结果进行拟合。结果表明,PTA-GS膜对Lys的吸附更符合Redlich-Peterson、Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学方程。在25℃,中性缓冲溶液中PTA-GS膜对Lys和BSA的平衡吸附量具有显著差异,它们的饱和吸附量分别为(174.2±22.8)mg/g和(8.1±2.5)mg/g。PTA-GS膜对Lys的吸附量随盐浓度的升高而降低,其在含1mol/L氯化钠的缓冲溶液中再生后蛋白质脱附率可达79.3%。研究结果可为简单制备吸附性能优异的盐响应型离子交换膜提供新思路,并为阳离子交换膜上蛋白质的吸附行为研究提供指导。     

混合模式吸附中辛酸钠和牛血清白蛋白间相互作用

混合模式吸附是一种抗体分离新方法,适量添加辛酸钠,可以减弱血清白蛋白等杂质吸附,提高抗体结合的选择性。本文以MEP HyperCel介质和牛血清白蛋白（BSA）为模型,结合静态吸附平衡和等温滴定量热（ITC）法,考察了辛酸钠浓度、pH、盐和温度等影响,探讨了辛酸钠的作用机制。随辛酸钠浓度增大,BSA和牛血免疫球蛋白的饱和吸附量均呈现先降低后升高的趋势,不过辛酸钠对BSA影响更显著,ITC分析表明辛酸钠与BSA之间存在较强的相互作用,且以疏水作用为主导。添加辛酸钠后,BSA吸附量随pH或温度升高而降低,不同盐具有不同效果,ITC分析表明pH、盐和温度均不同程度影响辛酸钠-BSA相互作用,从而影响MEP HyperCel吸附BSA。结果表明,等温滴定量热分析与宏观吸附现象相一致,可量化分析小分子-蛋白间相互作用,为研究蛋白吸附过程中小分子添加物的作用机制提供了新思路。     

Equilibrium,Kinetics, and Thermodynamics of Bovine Serum Albumin Adsorption on Single-Walled Carbon Nanotubes

We investigated the equilibrium, kinetics, and thermodynamics of bovine serum albumin (BSA) adsorption on single-walled carbon nanotubes (SWNTs) from aqueous solutions with different pH and temperatures. We analyzed the experimental adsorption equilibrium and kinetic data to evaluate the adsorption characteristics of SWNTs for BSA. The results show that the effects of pH and temperature were important. Moreover, the adsorption isotherm data of BSA on SWNTs are consistent with the Langmuir and Freundlich models, while the kinetics can be expressed by the pseudo-first-order and the intraparticle diffusion rate models. The maximum protein adsorption capacity of SWNTs, which have a surface area of 191.2 m²/g, was found to be 609.8 mg g^?1 at pH 4 and 40°C, and this was the highest value obtained among our previous studies examined with various metal oxides. In addition, the zeta potential measurements were examined to understand the effects of charge density of the surface and the protein on the adsorption process. Thermodynamic analysis results indicate that the nature of adsorption changes with pH. SWNTs were found to be effective for BSA adsorption.     

表面带磺酸基团的聚苯乙烯微球的制备及其对蛋白质的吸附

研究了运用分散聚合法,在乙醇/水混合介质中,制备2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与苯乙烯(St)的共聚微球。运用红外、核磁共振、激光光散射和扫描电子显微镜对功能微球进行表征。阐述了该微球对牛血清蛋白(BSA)的吸附量与吸附时间和pH值的关系。结果表明:功能微球对BSA的吸附先随时间的增长而增大,一段时间后达到平衡吸附。当pH值接近BSA等电点(pI=4.7)时,BSA的吸附量达到最大值。     

Synthesis of 5-(4-methacrylamidophenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin,its copolymerization with acrylamide and EDMA,use of this copolymer in the adsorption of bovine serum albumin

A rigid and porous polymeric adsorbent was prepared from monomers 5-(4-methacrylamidophenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin (1%), acrylamide (39%), and cross-linking agent ethylene glycol dimethacrylate (60%) using suspension polymerization technique. The adsorption behavior of bovine serum albumin (BSA) on this adsorbent was studied as a function of the initial BSA concentration (0.4–2.5 mg/mL), pH (4.0–8.0), ionic strength, and type of salt in buffered solutions under batch equilibrium conditions. The amounts of adsorbed BSA at equilibrium at pH 4.0 and 7.0 for 1.0 mg/mL initial concentration of BSA were 743 mg BSA and 412 mg BSA per gram of the adsorbent, respectively. The adsorption process was nearly irreversible.