Что такое осаждение белка?

Осаждение белка - метод, используемый для извлечения и очистки белков, содержащихся в растворе. Большие, сложные молекулы, белки, как правило, имеют части, которые имеют отрицательный электрический заряд, и части, которые имеют положительный заряд, а также гидрофильные и гидрофобные части. Белки в растворе имеют тенденцию к слипанию и осаждению из-за притяжения между отрицательно и положительно заряженными частями молекул и взаимного притяжения гидрофобных частей. Однако противодействовать этой тенденции является тот факт, что в водном растворе молекулы воды, которые являются полярными, будут стремиться расположиться вокруг молекул белка из-за электростатического притяжения между противоположно заряженными частями молекул воды и белка. Это приводит к тому, что молекулы белка разделяются и остаются в растворе, но существуют различные способы достижения осаждения белков.

Наиболее часто используемый метод осаждения белка - это добавление раствора соли, метод, который часто называют «высаливанием». Наиболее часто используемой солью является сульфат аммония. Взаимодействие ионов соли с молекулами воды устраняет водный барьер между молекулами белка, позволяя гидрофобным частям белка вступать в контакт. Это приводит к тому, что молекулы белка объединяются и осаждаются из раствора. Как правило, чем выше молекулярная масса белка, тем ниже концентрация соли, которая требуется для осаждения, поэтому можно разделить смесь различных белков в растворе, постепенно увеличивая концентрацию соли, так что различные белки осаждаются на разных стадиях, процесс, известный как фракционное осаждение.

Растворимость белка в водной среде может быть уменьшена путем введения органического растворителя. Это приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости, которая в этом контексте может рассматриваться как мера полярности растворителя. Снижение полярности означает, что у молекул растворителя наблюдается меньшая тенденция к скоплению вокруг молекул белка, так что между белковыми молекулами существует меньший водный барьер и более высокая тенденция к осаждению белка. Многие органические растворители взаимодействуют с гидрофобными частями белковых молекул, вызывая денатурацию; однако некоторые, такие как этанол и диметилсульфоксид (ДМСО), этого не делают.

Хотя белки могут иметь отрицательно и положительно заряженные части, часто в растворе, они будут иметь общий положительный или отрицательный заряд, который варьируется в зависимости от pH, и удерживает их друг от друга посредством электростатического отталкивания. В кислых условиях с низким pH белки имеют общий положительный заряд, а при высоком pH заряд отрицательный. Белки имеют промежуточную точку, в которой нет общего заряда - она ​​известна как изоэлектрическая точка, и для большинства белков она находится в диапазоне рН 4-6. Изоэлектрическая точка для растворенного белка может быть достигнута путем добавления кислоты, обычно соляной или серной кислоты, для снижения pH до соответствующего уровня, что позволяет кластеризовать и осаждать молекулы белка. Недостатком этого метода является то, что кислоты имеют тенденцию денатурировать белок, но его часто используют для удаления нежелательных белков.

Другие способы осаждения белка включают неионные гидрофильные полимеры и ионы металлов. Первые уменьшают количество воды, доступной для образования барьера между молекулами белка, позволяя им слипаться и осаждаться. Положительно заряженные ионы металлов могут связываться с отрицательно заряженными частями молекулы белка, уменьшая тенденцию белка привлекать слой молекул воды вокруг него, снова позволяя молекулам белка взаимодействовать друг с другом и выпадать в осадок из раствора. Ионы металлов эффективны даже в очень разбавленных растворах.