Che cos'è la precipitazione proteica?
La precipitazione delle proteine è un metodo utilizzato per estrarre e purificare le proteine contenute in una soluzione. Le molecole grandi e complesse, le proteine generalmente hanno parti che hanno una carica elettrica negativa e parti che hanno una carica positiva, così come parti idrofile e idrofobiche. Vi è la tendenza delle proteine in soluzione a raggrupparsi e precipitare a causa dell'attrazione tra le parti delle molecole caricate negativamente e positivamente e l'attrazione reciproca delle parti idrofobiche. Contrastare questa tendenza, tuttavia, è il fatto che in una soluzione acquosa, le molecole d'acqua, che sono polari, tenderanno a sistemarsi attorno alle molecole proteiche a causa dell'attrazione elettrostatica tra parti caricate in modo opposto dell'acqua e molecole proteiche. Ciò comporta che le molecole proteiche vengono tenute separate e rimangono in soluzione, ma esistono vari metodi per ottenere la precipitazione delle proteine.
Il metodo più comunemente usato per la precipitazione delle proteine è l'aggiunta di una soluzione di sale, una tecnica spesso definita "salatura". Il sale più utilizzato è il solfato di ammonio. L'interazione degli ioni salini con le molecole d'acqua rimuove la barriera d'acqua tra le molecole proteiche, consentendo alle parti idrofobe della proteina di entrare in contatto. Ciò comporta che le molecole proteiche si aggreghino insieme e precipitino fuori dalla soluzione. Come regola generale, maggiore è il peso molecolare della proteina, minore è la concentrazione del sale necessaria per provocare la precipitazione, quindi è possibile separare una miscela di diverse proteine in soluzione aumentando gradualmente la concentrazione di sale, in modo che proteine diverse precipitano in diverse fasi, un processo noto come precipitazione frazionata.
La solubilità di una proteina in un mezzo acquoso può essere ridotta introducendo un solvente organico. Ciò ha l'effetto di ridurre la costante dielettrica, che in questo contesto può essere considerata come una misura della polarità di un solvente. Una riduzione della polarità significa che c'è una minore tendenza delle molecole di solvente a raggrupparsi attorno a quelle della proteina, in modo che vi sia meno barriera all'acqua tra le molecole proteiche e una maggiore tendenza alla precipitazione delle proteine. Molti solventi organici interagiscono con le parti idrofobe delle molecole proteiche, causando denaturazione; tuttavia, alcuni come etanolo e dimetilsolfossido (DMSO) non lo fanno.
Sebbene le proteine possano avere parti cariche negativamente e positivamente, spesso, in soluzione, avranno una carica complessiva positiva o negativa che varia in base al pH e le separa attraverso la repulsione elettrostatica. In condizioni acide, a basso pH, le proteine tendono ad avere una carica complessiva positiva, mentre ad alto pH, la carica è negativa. Le proteine hanno un punto intermedio in cui non vi è alcuna carica complessiva - questo è noto come punto isoelettrico e per la maggior parte delle proteine si trova nell'intervallo di pH 4-6. Il punto isoelettrico per una proteina disciolta può essere raggiunto aggiungendo un acido, solitamente acido cloridrico o solforico, per ridurre il pH al livello appropriato, consentendo il raggruppamento e la precipitazione delle molecole proteiche. Uno svantaggio di questo metodo è che gli acidi tendono a denaturare la proteina, ma è spesso usato per rimuovere le proteine indesiderate.
Altri metodi di precipitazione proteica comprendono polimeri idrofili non ionici e ioni metallici. I primi riducono la quantità di acqua disponibile per formare una barriera tra le molecole proteiche, consentendo loro di aggregarsi e precipitare. Gli ioni metallici con carica positiva possono legarsi con parti caricate negativamente della molecola proteica, riducendo la tendenza della proteina ad attrarre uno strato di molecole d'acqua attorno ad essa, consentendo nuovamente alle molecole proteiche di interagire tra loro e precipitare fuori soluzione. Gli ioni metallici sono efficaci anche in soluzioni molto diluite.