タンパク質を抽出する方法は何ですか?

ご存知の通り、タンパク質は人間の生命活動に欠かせません。多くの食品にタンパク質が含まれており、通常の食事でも体にタンパク質を補給することができます。実際、生化学研究の分野では、タンパク質の分離と抽出技術は幅広い用途を持っています。タンパク質の抽出は簡単ではありません。多くのプロセスと専門的な操作技術が必要です。現在、タンパク質を抽出するには以下の方法があります。

1. 超遠心分離

抗原を分離・精製するこの方法の原理は、勾配溶液中の各粒子の異なる沈降速度を利用し、異なる沈降速度を持つ粒子が異なる密度勾配層に存在するようにして、互いの分離の目的を達成することです。一般的に使用される密度勾配媒体には、スクロース、グリセロール、CsCl などがあります。

超遠心分離法や密度勾配遠心分離法で抗原を分離精製する場合、個々の成分を除いて特定の抗原成分を分離することは極めて困難であるため、IgM、C1q、チログロブリンなどのいくつかの大きな分子抗原と、アポリポタンパク質A、Bなどの一部のより軽い抗原物質を分離するためにのみ使用されます。ほとんどの中分子量および小分子量タンパク質は、この方法で精製するのが困難です。

2. 選択沈殿法

原理は、各タンパク質の物理的および化学的性質の違いに基づいて、さまざまな沈殿剤を使用したり、特定の条件を変更したりして、タンパク質抗原成分の沈殿を誘発し、それによって精製の目的を達成することです。最も一般的に使用される方法は、降水を塩析することです。

塩析法の原理

水溶液中のタンパク質の溶解度は、タンパク質分子の表面イオンの周囲の水分子の数に依存します。つまり、タンパク質分子の周囲の親水基が水と水和膜を形成する程度と、タンパク質分子の電荷によって主に決まります。中性塩をタンパク質溶液に加えると、中性塩の水分子に対する親和性がタンパク質の親和性よりも大きいため、タンパク質分子の周囲の水和層が弱まるか、消失することがあります。同時に、タンパク質溶液に中性塩を加えると、イオン強度が変化し、タンパク質表面の電荷が大幅に中和され、タンパク質の溶解性がさらに低下し、タンパク質分子が凝集して沈殿します。さまざまなタンパク質はさまざまな塩濃度で異なる溶解度を持つため、異なる飽和度の塩溶液はさまざまなタンパク質を沈殿させ、それによってそれらを他のタンパク質から分離します。最も一般的に使用される塩溶液は、飽和度 33% ～ 50% の硫酸アンモニウムです。塩析法は簡便であり、タンパク質抗原の粗抽出、免疫グロブリンGの抽出、タンパク質の濃縮などに使用できます。塩析法で精製した抗原の純度は高くなく、抗原の予備精製にのみ適しています。

3. ゲルクロマトグラフィー

ゲルクロマトグラフィーは分子ふるいを利用してタンパク質を分離します。ゲルは三次元の多孔質ネットワーク構造を持つ物質で、適切な溶液バランスをとった後、クロマトグラフィーカラムに充填されます。さまざまな分子を含むサンプル溶液がゲルクロマトグラフィーカラムをゆっくりと流れるとき、高分子物質はゲル粒子の微細孔に入りにくく、粒子間にしか分布できないため、溶出時に下方へと速く移動し、最初に溶出されます。小さな分子はゲル粒子間の隙間に拡散するだけでなく、ゲル粒子の微細孔に入り込み、溶出中にゆっくりと下方に移動し、その後溶出されます。したがって、タンパク質分子は分子サイズに応じて分離されます。

4. イオン交換クロマトグラフィー

イオン交換クロマトグラフィーの原理は、イオン基を持つセルロースまたはゲルを使用して、反対の電荷を持つタンパク質抗原を吸着して交換することです。さまざまなタンパク質は等電点が異なり、電荷の量も異なるため、セルロース (またはゲル) に結合する能力も異なります。グラジエント溶出中、移動相のイオン強度が徐々に増加し、添加されたイオンがセルロース上の電荷位置をめぐってタンパク質と競合し、吸着されたタンパク質がイオン交換体から解離します。

イオン交換クロマトグラフィー技術では、以下のイオン交換器が一般的に使用されます。

① イオン交換基を有するセルロース（カルボキシメチル（CM）セルロース、DEAEセルロースなど）

②イオン交換基を有する架橋デキストラン、アガロース、ポリアクリルアミド

③ゲル合成した高架橋樹脂。

5. アフィニティークロマトグラフィー

アフィニティークロマトグラフィーは、生体高分子の生体特異性、つまり生体高分子間の特異的親和性を利用するように設計されたクロマトグラフィー技術です。たとえば、抗原と抗体、酵素と酵素阻害剤（またはリガンド）、酵素タンパク質と補酵素、ホルモンと受容体、IgG とブドウ球菌タンパク質 A（SPA）の間には特別な親和性があります。例えば、IgG を精製する場合、SPA を不活性固相マトリックス (Spehrose 2B、4B、6B など) に吸着させ、クロマトグラフィーカラムに調製することができます。サンプルがクロマトグラフィーカラムを通過すると、分離される IgG は SPA に特異的に結合しますが、他の成分は結合できません。クロマトグラフィーカラムが完全に溶出された後、溶出液のイオン強度または pH 値を変更して IgG を固相マトリックス上の SPA から解離し、溶出液を収集することで精製対象の IgG を得ることができます。