研究最終取決于群體的表達產(chǎn)物。無論是用于檢測還是用于棉花保護，表達的蛋白都需要分離純化。但蛋白質的性質不同，所以方法也不同。

蛋白質的一級、二級、三級、四級結構決定了其物理、化學、生化、物理、化學、生物性質。此外，它總結了不同蛋白質性質的差異或改變條件使它們不同。同時利用多種性質，在兼顧產(chǎn)量和純度的情況下，選擇蛋白質純化的方法。

蛋白質一般以復雜混合物的形式存在于組織或細胞中，每種細胞毒性都包含數(shù)千種不同的蛋白質。蛋白質的分離和純化是一項艱巨的任務。蛋白質純化的總體目標是力圖提高產(chǎn)物的純度或比活性，要求純化合理、快速、得率高、純度高。并將蛋白質從細胞中的其他所有成分中分離出來，特別是不需要的不純蛋白質，同時仍然保留肽的生物活性和化學完整性。

之所以能從數(shù)千種蛋白質混合物中純化出一種蛋白質，是因為不同的蛋白質具有截然不同的物理、化學、理化和生物特性。

這些性質是由蛋白質的氨基酸序列和數(shù)量不同造成的，連接在多肽主鏈上的氨基酸殘基是帶正電的、帶電的、極性的還是非極性的、親水的還是疏水的。

此外，多肽還可以折疊成非常確定的二級結構（α螺旋、β折疊和各種角度）、三級結構和四級結構。利用待分離蛋白質與其他蛋白質性質的差異，在蛋白質表面形成一定大小、形狀和分布的殘基，并設計一套合理的分級分離步驟。

蛋白質混合物可以根據(jù)蛋白質不同性質對應的方法進行分離：

1 分子大小

不同類型的蛋白質在分子大小上有一定的差異，可以采用一些簡單的方法使蛋白質混合物得到初步分離。

1.1 透析和超濾

透析在純化中非常常用，可以去除鹽（脫鹽和置換緩沖液）、有機溶劑和低分子量抑制劑。透析膜的截留分子量約為5000。例如，分子量小于10000的酶溶液可能會泄漏。超濾一般用于濃縮和脫色。

1.2 更換緩沖液的離心分離

許多酶富含于某種細胞器中。勻漿后，通過離心得到某種亞細胞成分，使酶富集10-20倍，然后純化出特定的酶。差速離心，分辨率低，僅適用于粗提取或濃縮。

速率分區(qū)，如果離心時間太長，所有物質都會沉淀。因此，需要選擇最佳的分離時間，以獲得相當純的亞細胞成分進行進一步純化，避免差速離心中大、小成分的沉淀。但容量較小，只能少量使用。

密度梯度離心常用的介質包括蔗糖、聚蔗糖、氯化銫、溴化鉀和碘化鈉。

1.3 凝膠過濾

這是根據(jù)分子大小分離蛋白質混合物的有效方法之一。注意待分離蛋白質的分子量在凝膠的工作范圍內。選擇不同分子量的凝膠可用于脫鹽、更換緩沖液以及利用分子量差異去除熱源。

2 形狀

當?shù)鞍踪|在離心過程中穿過溶液時，或者當它們穿過膜、凝膠過濾填料顆粒或電泳凝膠中的小孔時，蛋白質會受到其形狀的影響。

對于相同質量的兩種蛋白質，環(huán)狀蛋白質的有效半徑（斯托克斯半徑）較小。通過溶液沉降時遇到的摩擦力很小，沉降速度更快，并且比其他形狀的蛋白質顯得更大。相反，在尺寸排阻色譜中，斯托克半徑較小的球狀蛋白質更容易擴散到凝膠過濾填料顆粒內部并隨后洗脫，因此它們看起來比其他形狀的蛋白質更小。

3 溶解度

利用蛋白質溶解度的差異來區(qū)分各種蛋白質的常用方法。影響蛋白質溶解度的外界因素有很多，其中主要的有：溶液pH、離子強度、介電常數(shù)和溫度。但在相同的特定外部條件下，不同的蛋白質具有不同的溶解度。適當改變外部條件來控制蛋白質混合物中某種成分的溶解度。

3.1 pH控制和等電點沉淀

蛋白質在等電點通常溶解度較低。

3.2 蛋白質的鹽腌和鹽析

3.3 有機溶劑分類方法

蛋白質在不同溶劑中的溶解度差異很大，從基本不溶（<10μg/ml）到極易溶解（>300mg/ml）。影響蛋白質溶解度的可變因素包括溫度、pH、溶劑極性、離子性質和離子強度。引起蛋白質沉淀的有機溶劑的濃度不同，因此可以控制有機溶劑的濃度來分離蛋白質。

水溶性非離子聚合物（聚乙二醇）也會引起蛋白質沉淀。

3.4 溫度

不同的蛋白質在不同的溫度下具有不同的溶解度和活性。大多數(shù)蛋白質在低溫下比較穩(wěn)定，因此分離操作一般在0℃或更低的溫度下進行。

4 充電

蛋白質的凈電荷取決于氨基酸殘基攜帶的正電荷和負電荷的總和。例如，帶有凈負電荷的中性溶液稱為酸性蛋白質。

4.1 電泳

它不僅是分離蛋白質混合物和鑒定蛋白質純度的重要方法，也是研究蛋白質性質的非常有用的方法。

等電聚焦分辨率非常高，pI可以以0.02pH的差異分離。

蛋白質 2D-PAGE 分離的分辨率已發(fā)展到 100,000 個蛋白質點。

4.2 離子交換色譜法

改變蛋白質混合溶液中的鹽離子強度pH和(陰離子、陽離子)離子交換填料，不同蛋白質對不同離子交換填料的吸附能力不同，蛋白質因吸附能力不同或不被吸附而分離。

可以通過保持洗脫液組成恒定或通過改變洗脫液的鹽度或pH來進行洗脫。后者又可分為分段洗脫和梯度洗脫。梯度洗脫一般效果好，分辨率高，特別是使用交換容量小、對鹽濃度敏感的離子交換劑。控制洗脫液的體積（與柱床的體積相比）、鹽濃度和pH，以及樣品組分可以從離子交換柱中單獨洗脫。

蛋白質分子外表面暴露的側鏈基團的類型和數(shù)量不同，因此緩沖液在一定pH值和離子強度下的電荷也不同。

5 電荷分布

帶電的氨基酸殘基可以均勻分布在蛋白質表面，可以與適當強度的陽離子交換柱或與陰離子結合。由于大多數(shù)蛋白質不能在單一溶劑中與兩種類型的離子交換柱結合，因此可以利用這種特性來純化它們。帶電的氨基酸殘基還可以成簇分布，使得一個區(qū)域帶強正電荷，另一區(qū)域帶強負電荷，呈強酸性或強酸性。可與陽離子交換樹脂或一定pH條件下的陽離子交換樹脂結合使用。例如，鈣調蛋白只能在 pH 2 時與陽離子交換樹脂結合。

6 疏水性

大多數(shù)疏水性氨基酸殘基隱藏在蛋白質內部，但也有一些位于表面。蛋白質表面疏水性氨基酸殘基的數(shù)量和空間分布決定了蛋白質是否具有與疏水性柱填料結合用于分離的能力。

其價格低廉，純化的蛋白質具有生物活性，是分離純化蛋白質的通用工具。

高濃度鹽水溶液中的蛋白質保留在柱上，并在低鹽或水溶液中從柱上洗脫。因此，特別適合濃硫酸銨溶液沉淀分離后的母液，以及沉淀后含有目標產(chǎn)物的溶液用鹽溶解后直接注入柱中。

7mol/鹽酸胍或8mol/L尿素也適用于直接注入柱中的大腸桿菌蛋白提取物的處理，并且在復性的同時進行分離。

7 密度

大多數(shù)蛋白質的密度在1.3~1.4g/cm3之間。該特性通常不常用于蛋白質分級分離。

但含有大量磷酸鹽或脂質的蛋白質的密度與普通蛋白質明顯不同，因此大多數(shù)蛋白質可以通過密度梯度離心分離。

8 基因工程構建的純化標記

通過改變cDNA，在表達蛋白的氨基端或羧基端添加少量額外的氨基酸，可以作為純化的有效基礎。

8.1 GST融合向量

待表達的蛋白與谷胱甘肽S-轉移酶一起表達，然后用谷胱甘肽Sepharose 4B純化，然后用凝血酶或因子Xa切割。

8.2 蛋白A融合載體

將待表達的蛋白與蛋白 A 的 IgG 結合位點融合在一起進行表達，并用 IgG Sepharose 進行純化。

8.3（組氨酸標記）螯合瓊脂糖凝膠

最常見的標記之一是在蛋白質的氨基末端添加6~10個組氨酸。在正常或變性條件下（8M尿素），借助其與Ni2+螯合柱緊密結合的能力，用咪唑洗滌去除或將pH降至5.9，使組氨酸全質子化，不再與Ni2+結合，使其純化。

重組蛋白在設計和構建時已融入純化概念。樣品中大多混有破碎細胞或可溶產(chǎn)物。膨脹床吸附技術 STREAmLINE 適用于粗分離。

9 親和力

兼具效率高、分離速度快的特點。配體可以是酶底物、抑制劑、輔因子和特異性抗體。

吸附后，可以改變緩沖液的離子強度和pH值來洗脫目標蛋白。也可用更高濃度的相同配體溶液或親和力更強的配體溶液進行洗脫。

與超濾相結合，濃縮兩者的優(yōu)點，形成超濾親和純化，具有分離效率高、可大規(guī)模工業(yè)化的優(yōu)點，適合初步分離。

根據(jù)配體的不同，可分為：

(1)金屬螯合介質

過渡金屬離子Cu2＋、Zn2＋、Ni 2＋ 以亞胺配合物的形式結合。由于這些金屬離子與色氨酸、組氨酸和半胱氨酸形成配位鍵，從而形成亞胺金屬-蛋白質螯合物，使得含有這些氨基酸的蛋白質被該金屬螯合物親和色譜的固定相吸附。螯合物的穩(wěn)定性由單個組氨酸和半胱氨酸的解離常數(shù)控制，該解離常數(shù)還受到流動相的 pH 和溫度的影響。控制條件可以將不同的蛋白質彼此分離。

(2) 小配體親和介質

配體包括精氨酸、苯甲酰胺、鈣調蛋白、明膠、肝素和賴氨酸。

(3) 抗體親和介質

免疫親和層析，配體為重組蛋白A和重組蛋白G，但蛋白A比蛋白G特異性更強，并且蛋白G可以結合更多不同來源的IgG。

(4)顏料親和介質

染料色譜的效果主要取決于染料配體及其與酶的親和力大小。它還與洗脫緩沖液的類型、離子強度、pH值和待分離樣品的純度有關。有兩種配體：Cibacron Blue 和 Procion Red。在某些條件下，固定化染料可以充當陽離子交換劑。為了避免這種現(xiàn)象，最好在離子強度小于0.1、pH大于7時進行操作。

(5) 外源凝集素親和介質

配體包括刀豆球蛋白、扁豆凝集素和麥芽凝集素。固相凝集素可以與多種碳水化合物殘基發(fā)生可逆反應，適用于多糖和糖蛋白的純化。

10 非極性群體之間的力量

流動相中的置換劑是極性比水小的有機溶劑，這些有機溶劑可能會導致許多蛋白質分子發(fā)生不可逆的變性。流動相中必須存在離子對試劑才能使分離有效并獲得高質量回收率。分離必須在酸性介質中進行，而有些蛋白質在后兩種條件下會產(chǎn)生不可逆的分子構象變化，因此人類在生物大分子中的分離純化受到限制。

正相色譜法在生物大分子的分離純化中應用相對較少，因為所用的溶劑非常昂貴。

11 可逆締合

在一定的溶液條件下，有些酶可以聚合成二聚體、四聚體等，而在另一種條件下，則形成單體。

12 穩(wěn)定性

12.1 熱穩(wěn)定性

大多數(shù)蛋白質在加熱至 95°C 時會解折疊或沉淀。利用這種特性，在加熱后保留其可溶性活性的蛋白質可以很容易地與大多數(shù)其他細胞蛋白質分離。

12.2 蛋白水解的穩(wěn)定性

用蛋白酶處理上清液以消化受污染的蛋白質，留下對蛋白水解具有抗性的蛋白質。

13 分配系數(shù)

采用水相兩相萃取分離，常用的生物材料分離系統(tǒng)有：聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（DEXTRAN）、PEG/磷酸鹽、PEG/硫酸銨等。由于其含水比高，所選用的生物材料分離系統(tǒng)有：聚合物和鹽對酶無毒。而分離設備也應用于化工行業(yè)，在工業(yè)上受到重視。

開發(fā)：新型雙水相分離技術有親和雙水相萃取、膜分離雙水相萃取等。

14 表面活性

14.1 泡沫分離

蛋白質溶液具有表面活性，溶液中產(chǎn)生氣體，氣泡與液相主體分離并富集在塔頂，達到分離濃縮的目的。

14.2 反膠束相轉移法

反膠束相轉移法是80年代出現(xiàn)的一種新型分離技術。它利用表面活性劑分子在有機溶劑中自發(fā)形成的反膠束。在一定條件下，水溶性蛋白質分子溶解成反膠束。在極核中，創(chuàng)造條件將蛋白質萃取到另一個水相，實現(xiàn)蛋白質的相轉移，達到分離純化蛋白質的目的。

反膠束中的蛋白質分子受到周圍水分子和表面活性劑極性頭的保護，仍然保持一定的活性，甚至表現(xiàn)出超活性。據(jù)報道，AOT/異辛烷反相膠束用于酵母脂肪酶的相轉移。