Cos'è la precipitazione proteica?
La precipitazione delle proteine è un metodo utilizzato per estrarre e purificare le proteine tenute in una soluzione. Molecole grandi e complesse, le proteine hanno generalmente parti che hanno una carica elettrica negativa e parti che hanno una carica positiva, nonché parti idrofile e idrofobiche. Vi è una tendenza per le proteine in soluzione a raggrupparsi e precipitare a causa dell'attrazione tra le parti delle molecole negativamente e positivamente cariche e l'attrazione reciproca delle parti idrofobiche. Contrastarsi questa tendenza, tuttavia, è il fatto che in una soluzione acquosa, le molecole d'acqua, che sono polari, tenderanno a organizzarsi attorno alle molecole proteiche a causa dell'attrazione elettrostatica tra parti caricate in modo opposto dell'acqua e delle molecole proteiche. Ciò si traduce nelle molecole proteiche tenute separate e rimangono in soluzione, ma ci sono vari metodi per raggiungere la precipitazione delle proteine.
Il metodo più comunemente usato per le precipitazioni proteiche è aggiungere una soluzione di un sale, una tecnica spesso definita "saltare". Il sale più frequentemente usato è il solfato di ammonio. L'interazione degli ioni sale con molecole d'acqua rimuove la barriera d'acqua tra le molecole proteiche, consentendo alle parti idrofobiche della proteina di entrare in contatto. Ciò si traduce nelle molecole proteiche che si aggregano insieme e precipitano fuori dalla soluzione. Come regola generale, maggiore è il peso molecolare della proteina, minore è la concentrazione del sale che è necessario per causare precipitazioni, quindi è possibile separare una miscela di diverse proteine in soluzione aumentando gradualmente la concentrazione di sale, in modo che diverse proteine precipitano in diversi stadi, un processo noto come precipitazione frazionale.
La solubilità di una proteina in un mezzo acquoso può essere ridotta introducendo un solvente organico. Questo ha l'effetto di ridurre il thcostante dielettrico, che in questo contesto può essere considerata una misura della polarità di un solvente. Una riduzione della polarità significa che c'è meno tendenza per le molecole di solvente a raggrupparsi attorno a quelle della proteina, in modo che vi sia meno barriera d'acqua tra molecole proteiche e una maggiore tendenza verso la precipitazione delle proteine. Molti solventi organici interagiscono con le parti idrofobiche delle molecole proteiche, causando denaturizzazione; Tuttavia, alcuni, come etanolo e dimetilsolfossido (DMSO), no.
Sebbene le proteine possano avere parti caricate negativamente e positivamente, spesso, in soluzione, avranno una carica complessivamente positiva o negativa che varia in base al pH e le mantengono separate attraverso la repulsione elettrostatica. In condizioni acide, con un pH basso, le proteine tendono ad avere una carica complessivamente 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 POI isoelettricoNT 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, di solito acido cloridrico o solforico, per ridurre il pH al livello appropriato, consentendo il clustering e la precipitazione delle molecole proteiche. Uno svantaggio di questo metodo è che gli acidi tendono a denigrare la proteina, ma viene spesso usato per rimuovere le proteine indesiderate.
Altri metodi di precipitazione proteica includono polimeri idrofili non ionici e ioni metallici. Il primo riduce la quantità di acqua disponibile per formare una barriera tra molecole proteiche, permettendo loro di raggrupparsi e precipitare. Gli ioni metallici caricati positivamente possono legarsi con parti caricate negativamente della molecola proteica, riducendo la tendenza della proteina ad attirare uno strato di molecole d'acqua attorno a essa, permettendo nuovamente alle molecole proteiche di interagire tra loro e precipitare fuori dalla soluzione. Gli ioni metallici sono efficaci anche in soluzioni molto diluite.