原核表达常见问题-蛋白浓缩及后续操作

1.关于蛋白浓缩管(超滤管)的选择,现存市面上生产超滤管的公司有很多家,常用的主要为默克密理博的Amicon离心超滤管,离心超滤管会有一个类似于内管和外管的两个部分,内管中是带有一定分子量的膜,当高速离心时,分子量比它小的就漏到下面的管子(即外管)中了,分子量比它大的就截留在上面(即内管中),就是超滤的原理。超滤离心管的选择主要看你要截留那部分物质,就选择比最小分子量小的,如果你要截留13KD的,你要的超滤管就要比13KD小。但两者也要有一定的差距,比如,选择20KD之间的就不合适,因为26的也可能会出去(这是由制造工艺决定的)。所以选择10KD以下的超滤管比较合适。

以下是参考说明书给大家总结的使用方法和注意事项。

1、选择合适的超滤管,主要参考MWCO和浓缩体积,最常见的是10kD。到底选择多大截留分子量比较合适呢?10kDa、 5kDa、还是30kDa?通常应截留分子量不应大于目的蛋白分子量的1/3,比如目的蛋白分子量为35kDa,就可以选择10kDa截留分子量的超滤 管。若目的蛋白分子量为10kD左右,则可以用截留分子量3kD的超滤管。使用时请认真阅读使用说明书。

离心管,过滤器,盖子


2、新买来的超滤是干燥的,使用前加入MilliQ水,水量完全过膜,冰浴或冰箱里预冷5-10分钟。然后将水倒出,即可加入蛋白液,加入的多少,以不超过管顶的白线为准。操作要轻,加入蛋白液前,超滤管需要插在冰上预冷。


3、平衡。质量和重心二者都要达到平衡。注意转速和加速度不可太快,否则直接损坏超滤膜。开始离心超滤(离心机预冷至4度)。不同离心机的转速 rpm换算成g之后,有所不同。具体可参阅附件里的说明书。离心机的加速度调至最低档,减小对膜的压力。注意,一定要等离心机达到目的转速之后,方可离开离心机,否则离心机出问题时,无法第一时间处理,后果不可预测!膜与转轴的方向根据说明书调整(角转离心机的情况是膜与轴垂直)。在实际使用中,一般转速开的比说明书里的要低,这样可以延长离心管的使用寿命,一般选择3000-4000rpm,30min。

4、当浓缩到剩下1-1.5ml时,继续加入剩下的蛋白液浓缩(在冰上操作,防止蛋白受热),直到所有浓缩液都加完为止。离心过程中注意是否发生蛋白沉淀,导致堵管。若发生沉淀,要确定沉淀的具体原因,是蛋白浓度过高还是Buffer不合适;前者可用多根超滤管同时超滤,降低浓度的办法解决,后者的方法是换不同的Buffer,直到蛋白不发生沉淀为 止。

5、前面几步用以浓缩蛋白,如果要换Buffer,在总蛋白液浓缩至1ml左右的时候,轻轻加入新的Buffer(经0.22um超滤膜超滤),再 浓缩至1ml左右,连续三次,最后一次的浓缩终体积根据需要的蛋白浓度而定,一般不多于500ul,也有浓缩至200ul以内的情况。按照每次至少10倍 左右的体积浓缩算,三次达到1000倍以上,基本上可以达到换buffer的目的。

6、取出最终蛋白浓缩液的操作在冰上操作,用黄枪头(200ul)取,轻轻顺着边缘插入枪头,轻轻吹打、混匀蛋白液,注意不要碰到超滤膜,然后吸取浓缩液,每次吸接近200ul,直到吸完。管底剩下的最后一点浓缩液不必吸取,否则难度太大,有可能损坏超滤膜。最后加入MilliQ水到超滤管中,没过 超滤膜,防止膜失水变干。

以下是处理超滤管,重复利用超滤管的步骤。

7、倒出超滤管里的水,用milliQ水轻轻润洗几次,【若管底有可见的蛋白沉淀,可以先加入水,然后用枪头吹打,注意不要碰到膜,吹打至沉淀悬起,然后倒掉,不可用自来水猛冲】然后加入0.2M的NaOH溶液,室温放置20min,期间平衡超滤管。再离心10min。倒出残留的NaOH溶液,将 管芯浸入MilliQ水的烧杯(1或2L)中,放置几个小时,再换新的水,放置几个小时,不断稀释NaOH浓度。50ml管和盖子用自来水洗,内壁再用 MilliQ水洗干净。

8、取出浸没的管芯,加至接近满的MilliQ水,50ml管也加满MilliQ水,将管芯慢慢放入50ml离心管,排出部分水,然后盖上盖子,放4度保存,直到下次使用。一般来说,按照上述步骤和注意事项,每根管用三四年不会坏。

关于超滤管的常见问题与解答

Q:超滤管的膜材质是什么?

A:超滤管的膜材质为默克密理博特有的Ultracel再生纤维素膜,生产工艺严格,截留分子量明确而准, 蛋白吸附损失小。

Q:如果要用超滤的方法分离两种蛋白,那么这两个蛋白的大小需要相差多少?

A:按照经验,建议两个蛋白的分子量要相差 一个数量级(10倍)。

Q:超滤管可以用酒精消毒灭菌么?

A: 超滤管与70%乙醇是兼容的,但是对灭菌处理的具体方法没有做相关的测试,所以无法提供更进一步的参考信息。

Q:超滤装置是否可以用于高压灭菌?

A: 超滤管都是采用热封设计,不可以用高压高温灭菌。

Q:蛋白在浓缩时出现了沉淀,如何改进?

A:蛋白如果浓缩过快或者过度浓缩都有可能引起蛋白沉淀。建议蛋白浓缩后的 浓度不超过20mg/ml.对于对浓缩速度敏感而容易沉淀的蛋白,建议的改进方法是:

1)离心力降为推荐离心力的30%-50%

2)改用截留分子量大的超滤管(如原本选用10k,此时可以选择30k)

3)在浓缩过程中取出超滤管, 用吸头反复吹吸几次后再继续浓缩

Q:浓缩后发现浓缩液中没有目的蛋白,可能的原因有哪些?

A:首先,超滤管的蛋白起始浓度为25ug/ml.请确保样本的起始浓度大于这个浓度。其次,如果问题仍然出现,请不要丢弃样本滤过液以便用于分析可能的原因:

1)如果目的样本在滤过液中,那么请排查: .

a)是否选择了合适截留分子量的超滤管(目的蛋白分子量的1/2或者1/3)?

b)使用的离心力是否是在限定范围内?如果使用的是rpm,请换算成相应的g离心力,

Q:有时候用超滤离心管连水都离不下来,可能是什么原因?

A:超滤膜中含有微量甘油。如果出现这种情况,请先用0.1 M NaOH清洗再离心。最后用缓冲液或Milli-Q水再次清洗后甩干。清洗后的滤膜应立即使用,如暂时不用,请保持润湿状态,避免重新干燥。

常见载体(二)

别名:pGEX-4T-1, pGEX4T1, pGEX 4T 1

载体类型:大肠杆菌蛋白表达载体

载体抗性:Ampicillin 氨苄

载体标签N-GST

表达水平:高拷贝

载体大小:4969 bp

启动子Tac

克隆方法:多克隆位点,限制性内切酶

5' 测序引物:pGEX5': 5’-GGGCTGGCAAGCCACGTTTGGTG-3’

3' 测序引物pGEX3': 5’-CCGGGAGCTGCATGTGTCAGAGG-3’

稳定性:瞬时表达 Transient

组成型/诱导型:诱导表达

病毒/非病毒非病毒

备注复制子是pMB1。

载体图谱:


载体描述

pGEX-4T-1载体是一种常用的原核表达载体,具有Amp抗性,质粒大小为4.9 kb。该载体多克隆位点区域含有多个常用的内切酶位点序列,便于不同基因的克隆;且全序列中含有tac启动子、GST标签序列,是一种高效的蛋白表达载体。Tac启动子在没有诱导物存在的情况下,质粒上携带的lacIq基因产物可以有效抑制tac启动子的转录。可在BL21、Rosstea等表达菌株中高表达融合有GST标签的蛋白,且用凝血酶可将目的蛋白的GST标签切掉,便于下游蛋白纯化。

载体序列

LOCUS       Exported                4969 bp ds-DNA     circular SYN 14-MAR-2019

DEFINITION  synthetic circular DNA

ACCESSION   .

VERSION     .

KEYWORDS    .

SOURCE      synthetic DNA construct

  ORGANISM  synthetic DNA construct

REFERENCE   1  (bases 1 to 4969)

  AUTHORS   .

  TITLE     Direct Submission

  JOURNAL   Exported Thursday, Mar 14, 2019 from SnapGene Viewer 4.3.4


FEATURES             Location/Qualifiers

     source          1..4969

                     /organism="synthetic DNA construct"

                     /mol_type="other DNA"

     promoter        183..211

                     /label=tac promoter

                     /note="strong E. coli promoter; hybrid between the trp and

                     lac UV5 promoters"

     protein_bind    219..235

                     /label=lac operator

                     /bound_moiety="lac repressor encoded by lacI"

                     /note="The lac repressor binds to the lac operator to

                     inhibit transcription in E. coli. This inhibition can be

                     relieved by adding lactose or

                     isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG)."

     CDS             258..911

                     /codon_start=1

                     /product="glutathione S-transferase from Schistosoma

                     japonicum"

                     /label=GST

                     /translation="MSPILGYWKIKGLVQPTRLLLEYLEEKYEEHLYERDEGDKWRNKK

                     FELGLEFPNLPYYIDGDVKLTQSMAIIRYIADKHNMLGGCPKERAEISMLEGAVLDIRY

                     GVSRIAYSKDFETLKVDFLSKLPEMLKMFEDRLCHKTYLNGDHVTHPDFMLYDALDVVL

                     YMDPMCLDAFPKLVCFKKRIEAIPQIDKYLKSSKYIAWPLQGWQATFGGGDHPPK"

     primer_bind     869..891

                     /label=pGEX5'

     CDS             918..935

                     /codon_start=1

                     /product="thrombin recognition and cleavage site"

                     /label=thrombin site

                     /translation="LVPRGS"

     misc_feature    936..966

                     /label=MCS

     primer_bind     complement(1019..1041)

                     /label=pGEX3'

     promoter        1272..1376

                     /gene="bla"

                     /label=AmpR promoter

     CDS             1377..2237

                     /codon_start=1

                     /gene="bla"

                     /product="beta-lactamase"

                     /label=AmpR

                     /note="confers resistance to ampicillin, carbenicillin, and

                     related antibiotics"

                     /translation="MSIQHFRVALIPFFAAFCLPVFAHPETLVKVKDAEDQLGARVGYI

                     ELDLNSGKILESFRPEERFPMMSTFKVLLCGAVLSRVDAGQEQLGRRIHYSQNDLVEYS

                     PVTEKHLTDGMTVRELCSAAITMSDNTAANLLLTTIGGPKELTAFLHNMGDHVTRLDRW

                     EPELNEAIPNDERDTTMPAAMATTLRKLLTGELLTLASRQQLIDWMEADKVAGPLLRSA

                     LPAGWFIADKSGAGERGSRGIIAALGPDGKPSRIVVIYTTGSQATMDERNRQIAEIGAS

                     LIKHW"

     rep_origin      2408..2996

                     /direction=RIGHT

                     /label=ori

                     /note="high-copy-number ColE1/pMB1/pBR322/pUC origin of

                     replication"

     promoter        3240..3317

                     /gene="lacI (mutant)"

                     /label=lacIq promoter

                     /note="In the lacIq allele, a single base change in the

                     promoter boosts expression of the lacI gene about 10-fold."

     CDS             3318..4400

                     /codon_start=1

                     /gene="lacI"

                     /product="lac repressor"

                     /label=lacI

                     /note="The lac repressor binds to the lac operator to

                     inhibit transcription in E. coli. This inhibition can be

                     relieved by adding lactose or

                     isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG)."

                     /translation="MKPVTLYDVAEYAGVSYQTVSRVVNQASHVSAKTREKVEAAMAEL

                     NYIPNRVAQQLAGKQSLLIGVATSSLALHAPSQIVAAIKSRADQLGASVVVSMVERSGV

                     EACKAAVHNLLAQRVSGLIINYPLDDQDAIAVEAACTNVPALFLDVSDQTPINSIIFSH

                     EDGTRLGVEHLVALGHQQIALLAGPLSSVSARLRLAGWHKYLTRNQIQPIAEREGDWSA

                     MSGFQQTMQMLNEGIVPTAMLVANDQMALGAMRAITESGLRVGADISVVGYDDTEDSSC

                     YIPPLTTIKQDFRLLGQTSVDRLLQLSQGQAVKGNQLLPVSLVKRKTTLAPNTQTASPR

                     ALADSLMQLARQVSRLESGQ"

     protein_bind    4413..4434

                     /label=CAP binding site

                     /bound_moiety="E. coli catabolite activator protein"

                     /note="CAP binding activates transcription in the presence

                     of cAMP."

     promoter        4449..4479

                     /label=lac promoter

                     /note="promoter for the E. coli lac operon"

     protein_bind    4487..4503

                     /label=lac operator

                     /bound_moiety="lac repressor encoded by lacI"

                     /note="The lac repressor binds to the lac operator to

                     inhibit transcription in E. coli. This inhibition can be

                     relieved by adding lactose or

                     isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG)."

     primer_bind     4511..4527

                     /label=M13 rev

                     /note="common sequencing primer, one of multiple similar

                     variants"

     CDS             4523..4969

                     /codon_start=1

                     /gene="lacZ fragment"

                     /product="LacZ-alpha fragment of beta-galactosidase"

                     /label=lacZ-alpha

                     /translation="MTMITDSLAVVLQRRDWENPGVTQLNRLAAHPPFASWRNSEEART

                     DRPSQQLRSLNGEWRFAWFPAPEAVPESWLECDLPEADTVVVPSNWQMHGYDAPIYTNV

                     TYPITVNPPFVPTENPTGCYSLTFNVDESWLQEGQTRIIFDGVGI"

     primer_bind     complement(4543..4559)

                     /label=M13 fwd

                     /note="common sequencing primer, one of multiple similar

                     variants"

ORIGIN

        1 acgttatcga ctgcacggtg caccaatgct tctggcgtca ggcagccatc ggaagctgtg

       61 gtatggctgt gcaggtcgta aatcactgca taattcgtgt cgctcaaggc gcactcccgt

      121 tctggataat gttttttgcg ccgacatcat aacggttctg gcaaatattc tgaaatgagc

      181 tgttgacaat taatcatcgg ctcgtataat gtgtggaatt gtgagcggat aacaatttca

      241 cacaggaaac agtattcatg tcccctatac taggttattg gaaaattaag ggccttgtgc

      301 aacccactcg acttcttttg gaatatcttg aagaaaaata tgaagagcat ttgtatgagc

      361 gcgatgaagg tgataaatgg cgaaacaaaa agtttgaatt gggtttggag tttcccaatc

      421 ttccttatta tattgatggt gatgttaaat taacacagtc tatggccatc atacgttata

      481 tagctgacaa gcacaacatg ttgggtggtt gtccaaaaga gcgtgcagag atttcaatgc

      541 ttgaaggagc ggttttggat attagatacg gtgtttcgag aattgcatat agtaaagact

      601 ttgaaactct caaagttgat tttcttagca agctacctga aatgctgaaa atgttcgaag

      661 atcgtttatg tcataaaaca tatttaaatg gtgatcatgt aacccatcct gacttcatgt

      721 tgtatgacgc tcttgatgtt gttttataca tggacccaat gtgcctggat gcgttcccaa

      781 aattagtttg ttttaaaaaa cgtattgaag ctatcccaca aattgataag tacttgaaat

      841 ccagcaagta tatagcatgg cctttgcagg gctggcaagc cacgtttggt ggtggcgacc

      901 atcctccaaa atcggatctg gttccgcgtg gatccccgga attcccgggt cgactcgagc

      961 ggccgcatcg tgactgactg acgatctgcc tcgcgcgttt cggtgatgac ggtgaaaacc

     1021 tctgacacat gcagctcccg gagacggtca cagcttgtct gtaagcggat gccgggagca

     1081 gacaagcccg tcagggcgcg tcagcgggtg ttggcgggtg tcggggcgca gccatgaccc

     1141 agtcacgtag cgatagcgga gtgtataatt cttgaagacg aaagggcctc gtgatacgcc

     1201 tatttttata ggttaatgtc atgataataa tggtttctta gacgtcaggt ggcacttttc

     1261 ggggaaatgt gcgcggaacc cctatttgtt tatttttcta aatacattca aatatgtatc

     1321 cgctcatgag acaataaccc tgataaatgc ttcaataata ttgaaaaagg aagagtatga

     1381 gtattcaaca tttccgtgtc gcccttattc ccttttttgc ggcattttgc cttcctgttt

     1441 ttgctcaccc agaaacgctg gtgaaagtaa aagatgctga agatcagttg ggtgcacgag

     1501 tgggttacat cgaactggat ctcaacagcg gtaagatcct tgagagtttt cgccccgaag

     1561 aacgttttcc aatgatgagc acttttaaag ttctgctatg tggcgcggta ttatcccgtg

     1621 ttgacgccgg gcaagagcaa ctcggtcgcc gcatacacta ttctcagaat gacttggttg

     1681 agtactcacc agtcacagaa aagcatctta cggatggcat gacagtaaga gaattatgca

     1741 gtgctgccat aaccatgagt gataacactg cggccaactt acttctgaca acgatcggag

     1801 gaccgaagga gctaaccgct tttttgcaca acatggggga tcatgtaact cgccttgatc

     1861 gttgggaacc ggagctgaat gaagccatac caaacgacga gcgtgacacc acgatgcctg

     1921 cagcaatggc aacaacgttg cgcaaactat taactggcga actacttact ctagcttccc

     1981 ggcaacaatt aatagactgg atggaggcgg ataaagttgc aggaccactt ctgcgctcgg

     2041 cccttccggc tggctggttt attgctgata aatctggagc cggtgagcgt gggtctcgcg

     2101 gtatcattgc agcactgggg ccagatggta agccctcccg tatcgtagtt atctacacga

     2161 cggggagtca ggcaactatg gatgaacgaa atagacagat cgctgagata ggtgcctcac

     2221 tgattaagca ttggtaactg tcagaccaag tttactcata tatactttag attgatttaa

     2281 aacttcattt ttaatttaaa aggatctagg tgaagatcct ttttgataat ctcatgacca

     2341 aaatccctta acgtgagttt tcgttccact gagcgtcaga ccccgtagaa aagatcaaag

     2401 gatcttcttg agatcctttt tttctgcgcg taatctgctg cttgcaaaca aaaaaaccac

     2461 cgctaccagc ggtggtttgt ttgccggatc aagagctacc aactcttttt ccgaaggtaa

     2521 ctggcttcag cagagcgcag ataccaaata ctgtccttct agtgtagccg tagttaggcc

     2581 accacttcaa gaactctgta gcaccgccta catacctcgc tctgctaatc ctgttaccag

     2641 tggctgctgc cagtggcgat aagtcgtgtc ttaccgggtt ggactcaaga cgatagttac

     2701 cggataaggc gcagcggtcg ggctgaacgg ggggttcgtg cacacagccc agcttggagc

     2761 gaacgaccta caccgaactg agatacctac agcgtgagct atgagaaagc gccacgcttc

     2821 ccgaagggag aaaggcggac aggtatccgg taagcggcag ggtcggaaca ggagagcgca

     2881 cgagggagct tccaggggga aacgcctggt atctttatag tcctgtcggg tttcgccacc

     2941 tctgacttga gcgtcgattt ttgtgatgct cgtcaggggg gcggagccta tggaaaaacg

     3001 ccagcaacgc ggccttttta cggttcctgg ccttttgctg gccttttgct cacatgttct

     3061 ttcctgcgtt atcccctgat tctgtggata accgtattac cgcctttgag tgagctgata

     3121 ccgctcgccg cagccgaacg accgagcgca gcgagtcagt gagcgaggaa gcggaagagc

     3181 gcctgatgcg gtattttctc cttacgcatc tgtgcggtat ttcacaccgc ataaattccg

     3241 acaccatcga atggtgcaaa acctttcgcg gtatggcatg atagcgcccg gaagagagtc

     3301 aattcagggt ggtgaatgtg aaaccagtaa cgttatacga tgtcgcagag tatgccggtg

     3361 tctcttatca gaccgtttcc cgcgtggtga accaggccag ccacgtttct gcgaaaacgc

     3421 gggaaaaagt ggaagcggcg atggcggagc tgaattacat tcccaaccgc gtggcacaac

     3481 aactggcggg caaacagtcg ttgctgattg gcgttgccac ctccagtctg gccctgcacg

     3541 cgccgtcgca aattgtcgcg gcgattaaat ctcgcgccga tcaactgggt gccagcgtgg

     3601 tggtgtcgat ggtagaacga agcggcgtcg aagcctgtaa agcggcggtg cacaatcttc

     3661 tcgcgcaacg cgtcagtggg ctgatcatta actatccgct ggatgaccag gatgccattg

     3721 ctgtggaagc tgcctgcact aatgttccgg cgttatttct tgatgtctct gaccagacac

     3781 ccatcaacag tattattttc tcccatgaag acggtacgcg actgggcgtg gagcatctgg

     3841 tcgcattggg tcaccagcaa atcgcgctgt tagcgggccc attaagttct gtctcggcgc

     3901 gtctgcgtct ggctggctgg cataaatatc tcactcgcaa tcaaattcag ccgatagcgg

     3961 aacgggaagg cgactggagt gccatgtccg gttttcaaca aaccatgcaa atgctgaatg

     4021 agggcatcgt tcccactgcg atgctggttg ccaacgatca gatggcgctg ggcgcaatgc

     4081 gcgccattac cgagtccggg ctgcgcgttg gtgcggatat ctcggtagtg ggatacgacg

     4141 ataccgaaga cagctcatgt tatatcccgc cgttaaccac catcaaacag gattttcgcc

     4201 tgctggggca aaccagcgtg gaccgcttgc tgcaactctc tcagggccag gcggtgaagg

     4261 gcaatcagct gttgcccgtc tcactggtga aaagaaaaac caccctggcg cccaatacgc

     4321 aaaccgcctc tccccgcgcg ttggccgatt cattaatgca gctggcacga caggtttccc

     4381 gactggaaag cgggcagtga gcgcaacgca attaatgtga gttagctcac tcattaggca

     4441 ccccaggctt tacactttat gcttccggct cgtatgttgt gtggaattgt gagcggataa

     4501 caatttcaca caggaaacag ctatgaccat gattacggat tcactggccg tcgttttaca

     4561 acgtcgtgac tgggaaaacc ctggcgttac ccaacttaat cgccttgcag cacatccccc

     4621 tttcgccagc tggcgtaata gcgaagaggc ccgcaccgat cgcccttccc aacagttgcg

     4681 cagcctgaat ggcgaatggc gctttgcctg gtttccggca ccagaagcgg tgccggaaag

     4741 ctggctggag tgcgatcttc ctgaggccga tactgtcgtc gtcccctcaa actggcagat

     4801 gcacggttac gatgcgccca tctacaccaa cgtaacctat cccattacgg tcaatccgcc

     4861 gtttgttccc acggagaatc cgacgggttg ttactcgctc acatttaatg ttgatgaaag

     4921 ctggctacag gaaggccaga cgcgaattat ttttgatggc gttggaatt

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