功能化磁性纳米粒子的制备及在组氨酸标签蛋白分离纯化中的应用

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在蛋白质分离纯化领域,组氨酸标签应用十分广泛,当前已有很多方法用于分离纯化携带组氨酸标签的重组蛋白,但这些方法通常都有一些局限性,如吸附材料制备复杂、吸附量低、成本较高或分离纯化过程繁琐等,因此,开发简单高效的组氨酸标签蛋白分离纯化方法具有重要意义。利用简单的制备方法,本研究分别获得了螯合镍离子的柠檬酸钠包裹的磁性四氧化三铁纳米粒子(nano magnetite coated by sodium citrate chelating Ni2+,NM-SC-Ni)以及酒石酸氢钠包裹的磁性四氧化三铁纳米粒子(nano magnetite coated by sodium bitartrate chelating Ni2+,NM-SB-Ni),并证实二者可在复杂的细胞裂解液中成功实现对组氨酸标签蛋白的特异性吸附和高效纯化,具体内容包括以下三部分:(1)NM-SC-Ni和NM-SB-Ni磁性纳米粒子的制备采用共沉淀方法成功制备Fe3O4磁性纳米粒子(Fe3O4 magnetic nanoparticles,Fe3O4-MNPs),X-射线粉末衍射法进一步对该磁性纳米粒子进行了确证,透射电子显微镜观察显示,Fe3O4-MNPs粒径大小在10-20 nm之间。通过超声法分别将柠檬酸钠和酒石酸氢钠包裹到Fe3O4-MNPs表面,得到NM-SC和NM-SB,再利用羧基和Ni2+的配位作用,分别获得NM-SC-Ni和NM-SB-Ni磁性纳米粒子。热重分析以及X射线光电子能谱分析结果进一步说明两种材料制备成功;此外,NM-SC-Ni和NM-SB-Ni具有良好的分散性和磁分离效应。(2)组氨酸标签蛋白的制备我们选取携带组氨酸标签的两种不同重组蛋白(his-h CA II和his-Pin1)为研究模型,用于后续检测NM-SC-Ni和NM-SB-Ni两种纳米粒子在组氨酸标签蛋白分离纯化中的具体应用。his-h CA II重组蛋白大肠杆菌表达质粒的构建以及表达条件优化实验室前期已完成,在本部分工作中,我们新构建了his-Pin1大肠杆菌表达质粒,并确定其最优表达条件为:诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside,IPTG)浓度为0.2 mmol L-1,诱导温度为37℃,诱导时间为6小时。最终,我们成功获得了分别表达his-h CA II和his-Pin1两种重组蛋白的大肠杆菌细胞裂解液。(3)NM-SC-Ni和NM-SB-Ni在组氨酸标签蛋白分离纯化中的具体应用分别以含有his-h CA II和his-Pin1重组蛋白的大肠杆菌细胞裂解液为研究对象,系统评价NM-SC-Ni和NM-SB-Ni对组氨酸标签蛋白的特异性吸附和分离作用,并对二者的吸附能力以及可重复使用能力进行检测。结果表明,在复杂的细胞裂解液中,所制备的两种功能化的磁性纳米材料都可实现对组氨酸标签蛋白的选择性吸附和分离,获得较高纯度的目标蛋白。通过Langmuir模型拟合等温吸附线,计算可得NM-SC-Ni和NM-SB-Ni对纯化的his-h CA II蛋白的饱和吸附量分别为625 mg g-1和556 mg g-1。聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示,上述两种材料重复使用6次时,对组氨酸标签蛋白的分离和纯化能力并没有明显改变,体现出良好的稳定性和重复使用性。综上所述,本研究成功获得柠檬酸钠和酒石酸氢钠两种不同配体包裹的螯合镍的磁性Fe3O4纳米粒子,两种材料制备方法简便,原料廉价易得,且可通过磁分离方法快速实现对复杂样品中组氨酸标签蛋白的特异、高效的分离纯化,为组氨酸标签蛋白的分离纯化提供了一种简便、经济且高效的方法,具有重要的应用前景。
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