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分子印迹技术是近二十多年发展起来的新技术,印迹聚合物可作为用于生物物质的检测、分析、分离与纯化等的基质,用于生化免疫和药物分析、生物大分子的亲和分离与纯化等领域。从70年代开始,随着Wulff和Mosbach等人在分子印迹技术领域的开拓性工作,这一技术得到了蓬勃发展。近年来,许多研究者开展了以蛋白质为模板的分子印迹聚合物的研究,希望能够以此作为分离纯化蛋白质的一种重要手段。但是,由于模板蛋白质难以得到等一系列技术原因,到目前为止,被研究作为模板的蛋白质都是一些常规的,在细胞中含量很高的蛋白质。在高等生命体中,绝大多数蛋白质在细胞中的含量是非常微小的,一般只占细胞液中总蛋白量的万分之几或者更少,也正是这些微量的蛋白质具有着及其重要的生物学功能。虽然自上个世纪八十年代初建立和发展以来的分子克隆技术,使得人们可以用分子克隆的手段在大肠杆菌和酵母等低等生命体中表达高等生命体中的微量蛋白质,通过低等生物的大量培养繁衍,得到很大的收获量。然而尽管克隆蛋白质和天然蛋白质十分接近,但仍不是相同的。首先,高等生命体中的许多蛋白质含有修饰基团,这些基团都是在基因表达蛋白质肽链合成后由专一的修饰体系完成的。而在低等生命体中不含有这些专一的修饰体系。其次,在大肠杆菌中表达克隆的蛋白质往往带有多组氨酸短肽或谷胱甘肽转硫酶的先导肽,这些前导肽虽然在蛋白质纯化后可以用专一的酶切除,但是总会有几个氨基酸残基的残留。而这些结构上的差异带来的功能上的差别,有时会是很大的。因此纯化与鉴定这些天然的微量蛋白质一直是科学家们非常感兴趣的事情。
本课题正是旨在利用分子印迹技术,以克隆蛋白质为模板,制备一种新型的蛋白质分子印迹聚合物,用于从天然细胞提取物中分离与富集微量的目标蛋白质。本课题中我们选取作为模板的是在天然细胞提取物中含量只有0.023%的蛋白质猪亲环素18。
首先,我们应用原子转移自由基聚合反应并水解合成了聚丙烯酸的线性聚合物,通过对其侧链进行功能基化修饰,就得到了所谓的识别分子。然后我们又选用pGEX1作为蛋白质的载体以分子克隆的手段克隆并在大肠杆菌中大量表达了猪亲环素18,得到了模板蛋白质。我们先把识别分子与模板蛋白质混合,在溶液中进行自组装,然后将组装体与作为自由单体的丙烯酰胺共同以聚丙烯酸甲酯大孔树脂为固相载体在水相中进行交联聚合,洗脱掉模板蛋白质之后就得到了蛋白质分子印迹聚合物。最后,我们使用该蛋白质分子印迹聚合物对天然细胞提取物中的蛋白质进行吸附,结果发现在吸附后的洗脱液中,目标蛋白质在总蛋白质中的含量提高了300倍以上。
在本文的最后一章,还介绍了我们选用其它的识别分子,改变了识别分子结构及其与蛋白质分子相作用的机理后对蛋白质分子印迹聚合物的识别能力与吸附效果的影响。即制备同时含有亲水支链和疏水支链的识别分子,能分别与蛋白质中的亲水基团和疏水基团作用,以此实现对蛋白质的印迹。结果表明,蛋白质分子印迹聚合物对目标蛋白质的吸附仍然保持了很高的特异性。
本课题所介绍的分子印迹方法,以克隆蛋白质为模板克服了天然微量蛋白质的印迹模板难以得到的瓶颈。与传统的分子印迹方法相比,其印迹过程更相似于自然界生物体内免疫系统中“克隆选择”的抗体形成机理。另外,使用包括Bradford法、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(硝酸银染色)和免疫印迹的分子生物学的方法检测吸附蛋白质含量,与通常使用紫外分光光度计方法相比,这种检测方法不仅可以检测混合体系中总蛋白质含量还可以特异性地检测出其中目标蛋白质的含量而且检测精度高,可检测出1ng以上的蛋白质。