问答题
(北京师范大学2006年考研试题)已知蛋白质X是一种真核生物的蛋白质。某实验室利用大肠杆菌对该蛋白质进行了表达,以获得一定量的高纯度的蛋白质进行研究。蛋白质X的特性如下:①相对分子质量为49500;②等电点为4.2;③具有磷酸水解酶活性,最适pH值为8.0;④在大肠杆菌中表达时容易形成包涵体。请为该蛋白质设计一套有效的纯化方案。要求:①纯化方案开始于收集菌体,终止于蛋白质X的鉴定,实验分步进行;②充分利用已知条件;③解释每一步操作的理由。
【正确答案】正确答案:纯化方案和步骤如下: (1)收集菌体。将大肠杆菌培养液经过几次离心,可得到菌体沉淀。 (2)前处理,得到包涵体沉淀。重新悬浮菌体沉淀,用超声波法破坏大肠杆菌细胞壁,也可用机械研磨,高压挤压或溶菌酶处理等方法破坏细胞壁,离心可得到包涵体沉淀。 因为外源蛋白在大肠杆菌中表达时,常产生不溶性颗粒,即包涵体,但包涵体除主要成分是不溶性外源蛋白,还有杂质,此不操作得到了不溶性外源蛋白和少量杂质。 (3)粗分级分离,将外源蛋白与杂质分开,得到比较纯的外源蛋白。①溶解包涵体。常用的试剂为5~8mol/L的盐酸胍、6~8mol/L的尿素、SDS、碱性pH或乙腈/丙醇等;②分子筛层析。将包涵体溶解液注入分子筛层析柱,收集Mr49500的洗脱液体,再逐渐降低变性剂浓度而使外源蛋白进行再折叠,改变了蛋白质空间结构和外界环境因素,从而可逆地改变了蛋白质的溶解性。分子筛层析主要根据分子大小不同纯化蛋白质,当不同大小的分子蛋白质流经分子筛层析柱时,比凝胶珠孔径大的分子不能进入珠内网状结构,而被排阻在凝胶珠之外,随着溶剂在凝胶珠之间的空隙向下移动并最先流出柱外:比凝胶珠孔径小的分子能不同程度地自由出入凝胶珠的内外,这样由于不同大小的分子所经过的路径不同而得到分离。 (4)细分级分离,进一步纯化外源蛋白。亲和层析:将上一步收集到的溶液加到填有亲和介质的层析柱上时,外源蛋白被吸附在含有配体的琼脂糖颗粒表面上,而其他的蛋白质因对该配体无特异的结合部位而不被吸附,通过洗涤即可除去杂蛋白,被特异结合的蛋白质可用于含游离的相应配体溶液洗脱下来。 因X蛋白具有磷酸水解酶活性,且最适pH为8.0,可在层析柱中填入磷酸水解酶的底物,调节pH为8.0,X蛋白被吸附,其他杂蛋白被洗涤除去。 (5)鉴定。等电聚焦:经以上各步,已得到X蛋白的纯溶液,根据X蛋白质pI=4.2,利用等电聚焦法,如在pH为4.2的梯度处形成一个很窄的区带,才证明此纯溶液为X蛋白,结晶得到X蛋白的晶体。
【答案解析】