透析还是脱盐？选择一种蛋白质纯化方法
作者：Halina Zakowicz 博士
选择蛋白质纯化方法的指南和决策树
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蛋白质样品脱盐和蛋白质样品透析是两种常用的蛋白质纯化方法，用于样品制备。虽然它们都旨在从目标蛋白质样品中去除小分子或不需要的物质，但它们在作用机制和操作原理上有所不同。
何时使用脱盐与透析取决于几个因素，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尺寸和分子量。
什么是蛋白质脱盐？
蛋白质脱盐是一种常用的技术，用于从蛋白质样品中去除盐和其他小分子。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。样品加载到色谱柱上后，盐分子会因其不同的分子量和尺寸在树脂中移动时与蛋白质分离。目标蛋白质在单独的组分中收集，不含盐和其他小分子。
图1. 脱盐柱
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（MWCO）限制根据尺寸排除分子。这个过程类似于分子筛。当匹配正确时，目标大分子因尺寸过大而无法进入树脂孔隙，并迅速通过色谱柱。
相反，缓冲盐和其他小分子进入树脂孔隙，这会减慢它们在树脂床中的迁移速度。较快的大分子与较慢的小分子分离。从色谱柱流出的不同组分被收集起来，感兴趣的大分子可以与随后从小分子中分离出来。这段视频展示了树脂基脱盐柱如何进行蛋白质脱盐。
蛋白质脱盐的优缺点
蛋白质脱盐的优点：
- 去除不需要的盐
- 适用于各种样品体积
- 操作简单快捷
- 兼容有机溶剂和其他溶剂
- 将污染物浓缩到相对较小的体积（适用于处理有毒/放射性物质）
蛋白质脱盐的缺点：
- 样品输入体积有限
- 蛋白质性质可能改变
什么是蛋白质透析？
蛋白质样品透析是一种用于交换缓冲液或从蛋白质样品中去除不需要的分子的技术。透析涉及将蛋白质样品放入选择性渗透膜或透析管中，并将其浸入缓冲溶液中。透析膜允许小分子（如盐或污染物）从样品中扩散出去，同时保留蛋白质。此过程允许交换缓冲液和去除不需要的物质，从而获得纯化的蛋白质样品。
图2. 透析膜的工作原理。透析膜是一种半透膜（通常是再生纤维素薄片），含有各种大小的孔隙。大于孔隙的分子无法通过膜，但小分子可以自由通过。通过这种方式，透析可用于对含有大分子的样品进行纯化或缓冲液交换。
蛋白质透析的优缺点
蛋白质透析的优点：
- 有效去除小分子。
- 保持蛋白质完整性。
- 适用于多种样品体积。
- 兼容多种缓冲体系
蛋白质透析的缺点：
- 耗时过程。
- 蛋白质损失风险。
- 重复使用膜时可能发生膜堵塞
何时使用脱盐进行蛋白质纯化和分析
主要用途：去除干扰性盐
如果您的蛋白质样品含有高浓度盐，这些盐可能会干扰下游蛋白质分析技术，如蛋白质定量、凝胶电泳、质谱或酶学测定，则可以进行脱盐以去除这些盐，提高分析的准确性和可靠性。
次要用途：缓冲液交换
如果您的蛋白质样品处于与所需分析方法不兼容的缓冲液中，可以使用脱盐在添加更合适的缓冲系统之前去除盐和小分子。
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何时使用透析进行蛋白质纯化和分析
主要用途：去除小分子
透析能有效去除蛋白质样品中的小分子，如去垢剂或低分子量污染物。如果这些分子干扰下游蛋白质分析技术，如蛋白质定量、凝胶电泳、质谱或酶学测定，那么蛋白质透析可以帮助消除它们并提高分析的准确性。
次要用途：缓冲液交换
如果蛋白质样品处于与所需分析方法不兼容的缓冲液中，则可以使用透析在添加替代缓冲液之前纯化蛋白质中的不需要的盐和去垢剂。这在不同实验方案之间转换或为特定测定或实验准备样品时特别有用。
第三用途：兼容敏感蛋白质
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。它对于在恶劣条件下易于变性或聚集的敏感蛋白质特别有益。
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总之，蛋白质样品脱盐侧重于去除盐和低分子量物质，而蛋白质样品透析则用于缓冲液交换和从蛋白质样品中去除不需要的且通常较大的分子。脱盐通常是更简单、更快速的过程，而透析则耗时更长，但提供更彻底的蛋白质纯化和蛋白质回收。这些因素有助于区分这两种技术，并提供了选择其中一种而非另一种的理由。
透析与脱盐决策树
以下是根据时间、除盐、小分子去除、蛋白质变性和样品体积等因素比较蛋白质脱盐和蛋白质透析的决策树：
1. 考虑过程可用时间：
- 如果时间有限且需要快速缓冲液交换，请选择蛋白质脱盐。
- 如果时间不是限制因素，请进入下一步。
2. 评估样品体积：
- 如果处理较大样品体积，蛋白质透析可能更合适，因为它可容纳多达250毫升的样品。
- 如果处理较小样品体积（<10毫升），蛋白质脱盐和蛋白质透析都可以考虑，具体取决于个人偏好。
3. 评估所需脱盐程度：
- 如果高盐去除至关重要，蛋白质脱盐是一个合适的选择。
- 如果中等或低盐去除即可，请进入下一步。
4. 评估小分子去除要求：
- 如果需要去除小分子，建议使用蛋白质透析。根据小分子的类型，您还可以考虑使用去垢剂去除树脂，或Zeba 染料和生物素去除柱/滤板。
- 如果小分子去除不是优先事项，请进入下一步。
5. 考虑蛋白质对变性的敏感性：
- 如果蛋白质对变性敏感，蛋白质透析是更优选择，因为它是一种有助于保持蛋白质稳定性的温和方法。
- 如果蛋白质变性不是问题，则进行脱盐。
该决策树提供了根据给定考虑因素在蛋白质脱盐和蛋白质透析之间进行选择的一般指导。然而，需要注意的是，您的蛋白质纯化方法的最终决定应考虑实验的具体要求、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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