获得酶准确的等电点和疏水性参数,对酶的分离纯化有很大的帮助。精确测量酶等蛋白质等电点的常规技术是二维电泳(2-dimensional electrophoresis, 2-DE),但有时受到实验条件限制或者出于成本考虑,无法直接使用2-DE测量酶的等电点。另一种估计酶等电的方法就是阴阳离子柱筛选,我们以Taq DNA Ligase(UniProt编号:P26996)为例说明一下一般的操作流程:
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使用预测软件/网站估算Taq酶的pI,比如使用IPC和ProtParam,IPC计算结果为6.42,ProtParam计算结果为6.66,根据我对这两个网站计算结果的比较,IPC的结果一般准确一些,但这里我们折中一下,取6.50;
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选择Q、SP阴阳离子对柱料,各取0.5mL 50%的填料分装到8个离心管中,配制50mM pH5.5、pH6.0、pH6.25、pH6.5、pH6.75、pH7.0、pH7.25、pH7.5(一般取[pI-1, pI+1.5]区间的值)并含50mM NaCl的 Tris-HCl缓冲液,然后使用pH梯度缓冲液反复冲洗离子对填料3~5次,弃去上清;
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将Taq酶样品(溶解于低盐离子浓度的10mM Tris-HCl@pH8.0缓冲液中),依次加入到上述阴阳离子对填料中,上下颠倒充分混匀后,静置20min,然后离心取上清检测Taq酶含量;
阴阳离子对测定Taq连接酶等电点.jpg -
pH&pI、蛋白荷电状态、离子交换的关系
关系 | 电荷 | 吸附 |
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pH>pI | 负 | 阴离子柱吸附 |
pH=pI | 0 | 无吸附 |
pH<pI | 正 | 阳离子柱吸附 |
利用上述表格,根据步骤3的结果,不难推断Taq的pI<7.4,最后我们根据离子对的筛选结果推测,Taq的pI接近7.0偏酸性,但比预测值要高。
预测软件计算出的理论pI,一般与实际值存在较大误差,因为这些软件都是直接将氨基酸氨基侧链的pKa进行数学叠加得出的,虽然不同软件采用不同的计算权重,但它们都默认为酶的所有残基都是暴露在表面的,实际上酶在溶液中有很多残基是包埋在内部的,甚至包括一些酸、碱性残基,把这些残基从酶的氨基酸序列剔除,能够提高等电点预测的准确性。此外,酶的疏水性参数预测也存在相同问题,如何剔除包埋到内部的残基,提高等电点和总平均亲水指数预测的准确性,请参考《利用PISA提高蛋白质等电点预测准确性》。
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