生物大分子的液相分析策略

学术   2025-01-26 07:17   天津  

一、蛋白质分析

  • 反相高效液相色谱(RP - HPLC)

    • 原理:基于蛋白质在疏水性固定相和极性流动相之间的分配差异。固定相通常是键合有 C18 或 C8 等烷基链的硅胶,流动相是水 - 有机溶剂(如乙腈或甲醇)的混合体系,并含有适量的酸(如三氟乙酸)或缓冲液。在酸性条件下,蛋白质的极性基团质子化,增强其疏水性,从而与固定相相互作用。随着有机相比例的增加,蛋白质依次被洗脱下来。

    • 应用场景:常用于蛋白质的纯度鉴定、分离和定量。例如,在重组蛋白药物的生产过程中,用于检测产品的纯度,分离杂质蛋白。

    • 注意事项:由于蛋白质在反相色谱柱上的吸附较强,可能会导致变性和失活。为减少这种情况,流动相中的有机溶剂比例变化应较为缓慢,并且需要在合适的温度下操作,避免蛋白质的不可逆变性。

  • 尺寸排阻色谱(SEC)

    • 原理:也称为凝胶过滤色谱,是根据蛋白质分子大小进行分离的方法。固定相是具有一定孔径分布的凝胶颗粒,小分子蛋白质能够进入凝胶的微孔内部,而大分子蛋白质则被排阻在微孔之外,从而使大小不同的蛋白质按顺序流出色谱柱。

    • 应用场景:用于蛋白质的分子量测定、分离和去除聚集物。在生物制药领域,用于监测蛋白质药物在储存过程中的聚集情况,确保产品质量。

    • 注意事项:需要选择合适孔径的凝胶柱,以确保目标蛋白质能够得到有效分离。同时,流动相的选择要考虑对蛋白质的溶解性和稳定性,一般使用缓冲溶液作为流动相,如磷酸盐缓冲液。

  • 离子交换色谱(IEC)

    • 原理:蛋白质表面带有可电离的基团,在不同的 pH 值下带有不同数量和种类的电荷。离子交换色谱的固定相带有相反电荷的离子基团,通过静电引力吸附蛋白质。然后,利用流动相中的盐离子浓度或 pH 值的变化来洗脱蛋白质。

    • 应用场景:用于蛋白质的分离、纯化和电荷异构体的分离。在蛋白质组学研究中,用于从复杂的生物样品中分离具有不同电荷性质的蛋白质。

    • 注意事项:要根据蛋白质的等电点(pI)选择合适的离子交换树脂和流动相 pH 值。例如,对于碱性蛋白质,可使用阳离子交换树脂,将流动相 pH 值调节到低于其 pI,使蛋白质带正电荷,便于吸附和分离。

  • 亲和色谱(AC)

    • 原理:利用蛋白质与特定配体之间的特异性亲和力进行分离。固定相上连接有能与目标蛋白质特异性结合的配体,如抗体、酶底物、金属离子等。当含有目标蛋白质的样品通过色谱柱时,蛋白质与配体结合,然后通过改变流动相条件(如加入竞争剂或改变 pH 值、离子强度)来洗脱蛋白质。

    • 应用场景:用于高纯度蛋白质的分离和富集。在生物标志物的发现和纯化过程中,利用亲和色谱可以从复杂的生物体液(如血清、血浆)中分离出目标蛋白质。

    • 注意事项:需要选择合适的配体,并确保配体与蛋白质之间的亲和力适中。亲和力过强可能导致洗脱困难,过弱则可能无法有效吸附蛋白质。


二、核酸分析

  • 离子交换色谱(IEC)

    • 原理:核酸分子带有磷酸基团,在一定的 pH 值下带有负电荷。离子交换色谱的固定相带有正电荷的离子基团,通过静电引力吸附核酸。通过改变流动相中的盐离子浓度和 pH 值来洗脱核酸,不同长度和结构的核酸与固定相的亲和力不同,从而实现分离。

    • 应用场景:用于核酸的分离、纯化和定量。在基因工程领域,用于分离不同长度的 DNA 片段,如从限制性内切酶消化产物中分离目的基因片段。

    • 注意事项:流动相的盐浓度和 pH 值对核酸的分离效果影响较大。一般使用含有适当浓度氯化钠或其他盐类的缓冲液作为流动相,并且要注意缓冲液的 pH 值应在核酸稳定的范围内。

  • 反相高效液相色谱(RP - HPLC)

    • 原理:在核酸分析中,反相色谱主要用于寡核苷酸的分离。通过对寡核苷酸进行化学修饰,如在末端添加疏水基团,使其能够在反相色谱柱上进行分离。固定相是常见的 C18 或 C8 等烷基键合硅胶,流动相是水 - 有机溶剂(如乙腈)的混合体系,含有适量的缓冲液和离子对试剂。

    • 应用场景:用于寡核苷酸的纯度鉴定、合成产物的质量控制和分离。在核酸药物的研发和生产过程中,确保寡核苷酸产品的质量。

    • 注意事项:由于寡核苷酸在反相色谱柱上的分离机制较为复杂,需要仔细优化流动相中的离子对试剂浓度、有机溶剂比例和缓冲液成分等参数,以获得良好的分离效果。

  • 亲和色谱(AC)

    • 原理:利用核酸与特定配体之间的特异性亲和力进行分离。例如,利用核酸与互补链之间的碱基配对作用,将互补链固定在色谱柱上,用于分离与其互补的核酸。或者利用核酸与特定蛋白质(如 DNA - 蛋白质相互作用中的转录因子)之间的相互作用进行分离。

    • 应用场景:用于特定核酸序列的分离和富集。在基因表达调控研究中,用于分离与特定蛋白质相互作用的核酸序列。

    • 注意事项:要确保配体与核酸之间的特异性结合。对于基于碱基配对的亲和色谱,需要注意杂交条件(如温度、盐浓度)的控制,以避免非特异性结合。


三、脂质体分析

  • 正相色谱(NP - HPLC)

    • 原理:正相色谱的固定相极性大于流动相极性。对于脂质分析,常用硅胶等极性固定相,流动相通常是由非极性溶剂(如正己烷)和少量极性溶剂(如异丙醇)组成的混合体系。脂质根据其极性大小在柱内进行分离,极性较小的脂质(如甘油三酯)先被洗脱出来,而极性较大的脂质(如磷脂)后被洗脱。

    • 应用场景:适用于分离不同极性的脂质,特别是在分析复杂脂质混合物(如细胞脂质提取物)时,可以很好地分离甘油三酯、磷脂、鞘脂等不同类型的脂质。

  • 反相色谱(RP - HPLC)

    • 原理:固定相极性小于流动相极性。在脂质分析中,常用 C18 或 C8 等键合相硅胶作为固定相,流动相是水 - 有机溶剂(如甲醇、乙腈)的混合体系。通过调节流动相的组成和梯度,可以使脂质按照其亲水性或疏水性差异进行分离。例如,对于脂肪酸的分析,反相色谱可以根据脂肪酸碳链长度和不饱和程度进行分离。

    • 应用场景:广泛用于脂质的分离和分析,尤其是在分析脂质的精细结构差异方面具有优势。例如,在分析磷脂酰胆碱的不同脂肪酸组成时,反相色谱可以区分具有不同脂肪酸链的磷脂酰胆碱。

  • 亲水相互作用色谱(HILIC)

    • 原理:是一种混合分离模式,介于正相和反相之间。固定相是具有一定亲水性的材料,流动相是水 - 有机溶剂的混合体系,水相作为强洗脱剂。脂质根据其亲水性和疏水性的平衡在柱内分离。对于含有极性头部基团的脂质(如糖脂),HILIC 可以有效地进行分离。

    • 应用场景:在分析极性脂质方面表现出色,如神经节苷脂、糖脂等的分离。在生物医学研究中,用于分析细胞表面糖脂在疾病状态下的变化。

  • 蒸发光散射检测器(ELSD)

    • 原理:脂质样品经过雾化后形成气溶胶,然后在加热的漂移管中,流动相被蒸发,脂质颗粒散射光线,散射光的强度与脂质的质量有关。这种检测器对脂质的检测不依赖于其是否具有紫外吸收或荧光等特性,能够检测几乎所有的脂质。

    • 应用场景:适用于各种脂质的检测,特别是对于没有紫外吸收的脂质(如甘油三酯),ELSD 是一种很好的检测手段。在脂质组学研究中,用于定量分析脂质的含量。

  • 紫外 - 可见吸收检测器(UV - Vis)

    • 原理:如果脂质含有共轭双键结构(如某些不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等),在紫外 - 可见区域会有吸收,可以利用这种吸收特性进行检测。例如,在 200 - 300nm 波长范围内,不饱和脂肪酸的双键会产生吸收峰。

    • 应用场景:用于检测含有共轭双键的脂质成分,在分析含有多不饱和脂肪酸的脂质样品时较为常用。

  • 荧光检测器(FLD)

    • 原理:如果脂质经过衍生化后具有荧光特性,或者本身含有荧光基团(如某些特殊的磷脂),可以使用荧光检测器进行检测。荧光检测器具有较高的灵敏度,可以检测低浓度的脂质。

    • 应用场景:在分析具有荧光特性的脂质或经过衍生化的脂质时使用。例如,在分析神经鞘脂的代谢产物时,通过衍生化使其具有荧光,然后利用荧光检测器进行高灵敏度的检测。


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