除非纯化的是胞外分泌的蛋白质，否则第一步通常是从细胞或组织中释放出目标蛋白。细胞破碎的方法需根据样本类型选择。对于细菌，常用超声破碎、高压匀质（如French Press）或酶解法（如溶菌酶处理）。对于培养的哺乳动物细胞，通常采用温和的 detergent 裂解液或Dounce匀浆器。植物组织更坚韧，可能需要液氮研磨或专门的酶解方案。破碎后，样品立即变为复杂的浆液，包含细胞膜碎片、细胞器、核酸和所有可溶性蛋白质。此时，必须进行预处理，通常通过差速离心，先低速去除未破碎的细胞和大的碎片，再高速离心（如10,000-100,000 x g）获得含有可溶性蛋白质的上清液（胞质组分）或沉淀（膜组分）。对于膜蛋白，还需加入去垢剂使其增溶。蛋白分离纯化需要避免样品的降解和非特异性吸附。上海蛋白分离纯化基础概念
疏水相互作用层析基于蛋白质表面疏水贴片的差异进行分离。在高盐浓度条件下，蛋白质表面的水化层被破坏，暴露出疏水区域，与介质上的疏水配基（如苯基、丁基）结合。随后通过逐步降低盐浓度，疏水性较弱的蛋白质较早被洗脱。HIC特别适用于在离子交换后，去除疏水性强的杂质或蛋白质聚集体，是纯化过程中一个重要的正交纯化手段，能有效提高较终产品的纯度。凝胶过滤层析，又称尺寸排阻层析，其分离原理是基于蛋白质分子的流体力学半径。介质是由多孔凝胶颗粒组成，不同大小的孔洞只允许小于其孔径的分子进入。大分子因无法进入孔内，直接随流动相流出色谱柱；小分子可进入大部分孔洞，流径长，保留时间长。因此，蛋白质按从大到小的顺序被洗脱。该技术主要用于脱盐、缓冲液交换、以及较终精纯阶段去除聚集体和降解片段，同时能估算蛋白质的表观分子量。上海蛋白分离纯化基础概念在工业规模中，蛋白分离纯化技术需要兼顾成本和效益。
这两种层析都基于蛋白质的疏水性质，但应用条件和剧烈程度不同。HIC在生理条件或高盐浓度下进行，高盐浓度增强了蛋白质表面的疏水相互作用，使其与固定相上温和的疏水基团（如苯基、丁基）结合。随后通过降低盐浓度的梯度进行洗脱。HIC非常适用于在离子交换后紧接着进行，因为前一步的高盐样品可以直接上样。它能有效地分离由于构象差异或疏水贴片不同而表现各异的蛋白质。相比之下，反相层析（RPC）的固定相是密度极高的疏水基团（如C4, C8, C18），流动相是水与有机溶剂（如乙腈、甲醇）的混合物。蛋白质在RPC中经历剧烈的变性条件，通过增加有机溶剂的比例被洗脱。RPC分辨率极高，主要用于肽段分析和质谱前处理，或对有机溶剂稳定的蛋白质的然后精纯，但可能导致活性蛋白的变性。
细胞破碎后，混合物中包含可溶性蛋白质、核酸、细胞器碎片及完整的细胞壁等不溶物。离心是分离这些组分较常用且高效的方法。通过施加强大的离心力，密度较大的颗粒（如细胞碎片、细胞核）会快速沉降形成沉淀，而可溶性蛋白质则保留在上清液中。差速离心通过一系列递增的离心力，可初步分离不同大小的细胞器。而密度梯度离心则能提供更高分辨率的分离开。此步骤的参数（转速、时间、温度）优化对于比较大化目标蛋白回收率和去除杂质至关重要。通过蛋白分离纯化技术可探索蛋白质的结构与功能关系。
缓冲液是蛋白质纯化的“血液”，其选择对维持蛋白质稳定性、活性和分离效果至关重要。一个理想的缓冲系统需要考虑以下因素：1）缓冲试剂的选择，其pKa值应在目标pH值的±1范围内，且不与目标蛋白或树脂发生相互作用（如磷酸盐会与Ca²⁺沉淀，Tris在某些酶反应中是抑制剂）；2）pH值，需远离目标蛋白的pI以确保其可溶性和电荷性质，并为层析方法创造比较好条件；3）离子强度和盐的种类，用于控制静电相互作用和维持离子强度；4）添加剂，如还原剂（DTT， β-巯基乙醇）以防止氧化，蛋白酶抑制剂，甘油或蔗糖以稳定蛋白质，以及温和去垢剂以防止疏水相互作用引起的聚集。精心设计的缓冲液是成功纯化的隐形基石。蛋白分离纯化技术的改进不断推动了生物研究的进步。黑龙江离子交换层析
亲水性和疏水性分离技术可用于特殊蛋白的纯化。上海蛋白分离纯化基础概念
虽然电泳（如SDS-PAGE， 等电聚焦， 天然PAGE）主要用于分析，但它们也可用于小规模的制备或特殊用途的纯化。制备型电泳可以在非变性条件下分离蛋白质，用于后续的活性研究或抗原制备。电洗脱是从凝胶切片中回收蛋白质的常用方法。更高级的系统，如制备型等电聚焦或连续流动电泳，可以处理更大体积的样品。然而，电泳技术作为纯化手段有其固有局限：通常处理量小，操作繁琐，难以放大，且样品中含有凝胶成分或缓冲盐离子，需要额外的步骤（如透析）来去除。因此，在大多数情况下，电泳是强大的分析工具和层析的补充，而非主流制备方法。上海蛋白分离纯化基础概念
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