在分子生物學與蛋白研究領域,His-Tag(組氨酸標簽)蛋白純化因特異性高、操作簡便的優勢被廣泛應用,而His-Tag 蛋白純化磁珠作為核心工具,更是憑借 “快速分離、低樣品損耗、適配微量樣品” 的特點,成為科研人員的較好選擇。
一、磁珠如何 “精準捕捉” His-Tag 蛋白??
His-Tag 蛋白純化磁珠的核心是金屬螯合親和層析(IMAC)原理,通過磁珠表面固定的金屬離子與蛋白標簽的特異性結合,實現目標蛋白的分離純化,具體過程可分為 “結合 - 洗滌 - 洗脫” 三步:
1、磁珠表面的金屬離子螯合
磁珠基質(通常為超順磁性氧化鐵顆粒,外包聚苯乙烯或硅膠)表面修飾有螯合基團(如亞氨基二乙酸 IDA、 nitrilotriacetic acid NTA),這些基團能穩定結合二價金屬離子(常用 Ni²?、Co²?,其中 Ni²?親和力強、適用范圍廣,Co²?特異性更高、非特異性結合少)。
2、His-Tag 與金屬離子的配位結合?
目標蛋白的 His-Tag(通常由 6-10 個連續組氨酸組成)中,組氨酸的咪唑環能與磁珠表面的金屬離子形成配位鍵,使目標蛋白特異性吸附在磁珠表面;而雜蛋白因無 His-Tag 或親和力極弱,不會與磁珠結合,從而實現初步分離。
3、洗滌與洗脫的特異性調控?
- 洗滌階段:通過加入含低濃度咪唑(通常 20-50mM)的洗滌緩沖液,競爭性結合磁珠表面的金屬離子,洗脫非特異性吸附的雜蛋白,同時保留目標蛋白(目標蛋白與金屬離子的結合力更強,需更高濃度咪唑才能競爭)。
- 洗脫階段:提高緩沖液中咪唑濃度(通常 200-500mM),或調節 pH 值(如 pH 降至 4.0-5.0,破壞組氨酸咪唑環與金屬離子的配位鍵),使目標蛋白從磁珠表面解離,最終得到純化的 His-Tag 蛋白。
二、常見故障及解決方法
常見問題? | 可能原因? | 解決方案? |
目標蛋白結合率低,上清液中仍有大量目標蛋白? | 1、磁珠未充分活化,金屬離子脫落; | 1、更換新磁珠,或用 0.1M NiSO?溶液重新螯合金屬離子; |
2、 His-Tag 被蛋白折疊掩蓋; | 2、加入變性劑(如 8M 尿素)變性后純化,或更換更長的 His-Tag(如 10×His); |
3、裂解緩沖液 pH 不當(非 7.0-8.0)? | 3、調整緩沖液 pH 至 7.4-7.6? |
洗脫液中雜蛋白多,純度低? | 1、洗滌緩沖液咪唑濃度過低; | 1、逐步提升咪唑濃度至 50-80mM,增加洗滌次數; |
2、雜蛋白非特異性結合磁珠基質;? | 2、洗滌緩沖液中加入 0.1% Tween-20,減少非特異性結合; |
3、磁珠用量過多,吸附過量雜蛋白 | 3、減少磁珠用量(如 50μL 對應 0.5mg 目標蛋白)? |
洗脫后蛋白變性、聚集,SDS-PAGE 出現 smear 帶? | 1、洗脫溫度過高(>25℃); | 1、全程 4℃操作,洗脫時冰浴;? |
2、洗脫緩沖液無保護劑;? | 2、洗脫緩沖液中加入 10% 甘油或 0.5mM DTT,保護蛋白結構; |
3、咪唑濃度過高(>500mM) | 3、降低咪唑濃度至 200-300mM,延長洗脫時間至 10 分鐘 |
磁珠吸附效率下降,重復使用后結合力變弱? | 1、再生不完整,殘留蛋白或咪唑; | 1、增加再生緩沖液孵育時間至 10 分鐘,多洗 1 次去離子水; |
2、金屬離子流失; | 2、每次再生后用 0.1M NiSO?重新螯合金屬離子; |
3、磁珠破碎,表面積減少? | 3、振蕩時避免劇烈,棄用破碎的磁珠? |