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干货分享 | 蛋白纯化宝典∶ 琼脂糖凝胶珠助你“玩转”标签蛋白与天然蛋白 (上) | MCE

已有 130 次阅读 2025-9-19 13:21 |系统分类:科研笔记

“一颗好珠,胜过千次离心”——琼脂糖凝胶珠如何成为蛋白纯化的“黄金载体”?在蛋白纯化时,琼脂糖凝胶珠凭借其高载量、低吸附、强耐压的特性稳居 C 位。本文将我们聚焦常见标签亲和纯化填料,逐一解析性能特征、适用范围与实战经验,帮你快速匹配理想方案!

 

 

 

Section.01

蛋白纯化: 生物科研的“质感开端”

 

无论是探索细胞信号通路的关键因子、开发新型生物药物,还是揭示结构生物学的分子细节——高纯度、功能完整的蛋白质是实验成败的核心。

但“提蛋白”可不是捞豆腐:不同蛋白有不同的“性格”,接下来我们将从标签三剑客 (His/GST/MBP) 到天然蛋白的“见招拆招”,带你一站式搞定蛋白纯化填料的选型逻辑、纯化策略与实战技巧,为你的科研路配上“高分子级”的加速引擎!

 

图 1. 蛋白表达、纯化、检测流程示意图 (以大肠杆菌为例)。

 

 

 

Section.02

琼脂糖凝胶珠:

凭什么成为科研人员心中

的“顶流珠珠”?

 

 

纯化效率高、适配性强,琼脂糖凝胶珠凭实力圈粉,称霸实验台多年并非偶然。

结构过硬:三维网络锁住活性

高交联基质:4%-6% 交联琼脂糖形成刚性微球 (粒径 30-165 μm),可承受高达 0.3 MPa 的柱压,适配工业级高流速纯化 (300-600 cm/h)

表面可塑性强:通过环氧基/溴化氰活化后,可高效偶联金属离子、凝集素、Protein A/G 等多种配体,载量高;

生物相容性好:中性亲水骨架显著降低非特异性吸附,相比硅胶基质背景信号更低;

三维网状结构:孔径适中,有利于水和大分子自由扩散,确保蛋白进入并结合配基,同时最大程度保持蛋白天然构象与活性[2][3]

 

图 2. 琼脂糖凝胶显微结构示意图[1]

珠珠大对比:主流填料基质 & 适用性一览表,不走冤枉路

选错珠珠不仅浪费经费,还可能错过好蛋白,这一汇总表打包送上,不踩坑就靠它。

 

 

 

 

 

 

Section.03

标签蛋白纯化全攻略:

从主流“三剑客”到进阶多标签

联盟

 

 

标签蛋白纯化技术是分子生物学和结构生物学不可或缺的一环。通过在重组蛋白上融合特定的亲和标签,可实现快速、特异、温和的分离,极大提高蛋白回收率与实验效率。从主流 His-tag 到进阶多标签,多种武器任你选,搞定重组蛋白不再靠玄学。

三剑客登场:His/MBP/GST 融合标签的黄金组合

标签蛋白纯化届的顶流天团,凭借高效表达和专属亲和填料稳站 C 位。 

 

 

 

 

案例分析

进阶玩家必备:多标签方案,精准纯化的新武器

在传统标签遇到功能干扰或纯度要求更高的应用中,多标签系统应运而生。

1. FLAG-tag、Strep-tag、V5-tag 等进阶标签解析:分子量小,对目标蛋白构象干扰小,可用于组合标签系统中作为“辅助位点”提高特异性纯化[7]

?FLAG-tag (DYKDDDDK)高特异性,适用于免疫检测与纯化,纯化用 Anti-Flag 亲和凝胶

?Strep-tag II (WSHPQFEK)高特异性,纯化温和,适合保活及敏感蛋白分析,纯化用 Strep-Tag II 琼脂糖

?V5-tag (GKPIPNPLLGLDST)应用于免疫荧光/免疫沉淀,纯化用 Anti-V5 Agarose;

?HA-tag (YPYDVPDYA)高特异性,适用于免疫检测与纯化,纯化用 Anti-HA 亲和凝胶

?Myc-tag (EQKLISEEDL)高特异性,适用于免疫检测与纯化,纯化用 Anti-c-Myc 亲和凝胶

2. 多标签融合设计:1 + 1 > 2 的蛋白纯化策略

针对功能复杂的重组蛋白,可以设计小标签组合系统,为蛋白质纯化提供更灵活、更高效的操作方式。如一个标签用于纯化 (如 His、Strep),一个标签用于定位/检测 (如 GFP、V5、Myc),必要时可设计加入酶切位点 (如 TEV、SUMO) 用于标签去除,满足结构生物学或疫苗制备等高纯需求[8][9]

常见组合示例表

 

案例分析 

 

标签蛋白纯化,看似“标签一贴,蛋白归位”,实则是门暗藏玄机的手艺活。三剑客 His、GST、MBP 是江湖老将,进阶组合 Strep、FLAG、SUMO 是后起之秀,多标签融合更像是“技能叠加”,攻防兼备。选好“标签”,配好“珠珠”,调好“缓冲液”,就像给蛋白量身定制一套“出道计划”——既要出得来,还要纯得高,活得久,功能在线。真正做到:一身标签,所向披靡!

 

 

 

Section.04

小结

 

 

无论是 His、Flag、Strep 还是 MBP,找到匹配的纯化“搭子”,是高效表达与下游应用的关键一步。标签只是手段,纯度才是目标。下一期,我们一起走进天然蛋白纯化的世界,探索更多原生力与亲和力的碰撞!

#文末互动#

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MBP 琼脂糖 (Dextrin) 6FF (HY-K0252)

糖链亲和天然稳,MBP 表达蛋白轻松上岸!

 

[1] Nweke MC, et al. Mechanical characterisation of agarose-based chromatography resins for biopharmaceutical manufacture. J Chromatogr A. 2017 Dec 29;1530:129-137.

[2] GE Healthcare Life Sciences. “Affinity Chromatography: Principles and Methods”.

[3] Scopes, Robert K. Protein purification: principles and practice. Springer Science & Business Media, 1993.

[4] Bornhorst JA, et al. Purification of proteins using polyhistidine affinity tags. Methods Enzymol. 2000;326:245-54.

[5] Smith DB, et al. Single-step purification of polypeptides expressed in Escherichia coli as fusions with glutathione S-transferase. Gene. 1988 Jul 15;67(1):31-40.

[6] Kapust RB, et al. Escherichia coli maltose-binding protein is uncommonly effective at promoting the solubility of polypeptides to which it is fused. Protein Sci. 1999 Aug;8(8):1668-74.

[7] Lin YW, et al. Expression of lipase-solubilized bovine liver microsomal cytochrome b5 in Escherichia coli as a glutathione S-transferase fusion protein (GST-cyt b5). Protein Expr Purif. 2006 Feb;45(2):352-8. 

[8] Terpe K. Overview of tag protein fusions: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems. Appl Microbiol Biotechnol. 2003 Jan;60(5):523-33.

[9] Waugh DS. An overview of enzymatic reagents for the removal of affinity tags. Protein Expr Purif. 2011 Dec;80(2):283-93. 

[10] Wingfield PT. Overview of the purification of recombinant proteins. Curr Protoc Protein Sci. 2015 Apr 1;80:6.1.1-6.1.35. 

[11] Schmidt TG, et al. Development of the Twin-Strep-tag? and its application for purification of recombinant proteins from cell culture supernatants. Protein Expr Purif. 2013 Nov;92(1):54-61.

[12] Malakhov MP, et al. SUMO fusions and SUMO-specific protease for efficient expression and purification of proteins. J Struct Funct Genomics. 2004;5(1-2):75-86.

[13] Routzahn KM, et al. Differential effects of supplementary affinity tags on the solubility of MBP fusion proteins. J Struct Funct Genomics. 2002;2(2):83-92.

[14] Wu M, et al. Isolation and purification of immunoglobulin G from bovine colostrums by hydrophobic charge-induction chromatography. J Dairy Sci. 2015 May;98(5):2973-81. 

[15] Diaz S, et al. Expression and purification of functional recombinant CUL2?RBX1 from E. coli. Sci Rep. 2021 May 27;11(1):11224. 

 



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