Przegląd metod separacji i oczyszczania białek przydatnych w badaniach i analizie żywności

• Autorzy: Mariusz Rosiński , Dorota Piasecka-Kwiatkowska , Jerzy R. Warchalewski

Warianty tytułu

The Review of Protein Separation and Purification Methods Appearing Useful in Research and Food Analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Dokonano przeglądu nowoczesnych metod separacji i oczyszczania białek przydatnych w badaniach i analizie żywności. Proces oczyszczania białek obejmuje cztery główne etapy: wybór źródła białka, ekstrakcję białka z materiału biologicznego, oczyszczanie wyekstrahowanego białka z wykorzystaniem technik chromatografii kolumnowej oraz jego przechowywanie do czasu analizy. Zawartość białka w materiale biologicznym i jego rozmieszczenie jest jednym z czynników decydujących o wyborze źródła białka. Znaczne ilości białek można uzyskać wykorzystując techniki rekombinacji DNA, które prowadzą do ich zwiększonej ekspresji w komórkach bakteryjnych. W przypadku izolacji białek wewnątrzkomórkowych należy zastosować dodatkowe zabiegi mające na celu rozbicie zarówno tkanek, jak i komórek. Komórki znajdujące się w zawiesinie rozbija się za pomocą szeregu metod. W przypadku białek integralnych, związanych z błoną biologiczną, błona biologiczna zostaje poddana działaniu detergentu anionowego, takiego jak Tryton X-100, który nie denaturuje białka i zapobiega jego inaktywacji. Przed przystąpieniem do dalszego oczyszczania białek należy określić ich przeznaczenie, wymagany stopień czystości oraz aktywność. W zależności od przeznaczenia produkt finalny może mieć trzy stopnie czystości: bardzo wysoki >99%, wysoki 95-99% oraz umiarkowany <95%. Techniki chromatograficzne są wykorzystywane do separacji makromolekuł na podstawie takich parametrów, jak: wielkość i kształt, hydrofobowość, ładunek powierzchniowy czy powinowactwo. Pierwszą z tych technik - sączeniem molekularnym zwanym także filtracją żelową - rozdziela się białka na podstawie wielkości i kształtu ich cząsteczek. Separacja białek za pomocą chromatografii jonowymiennej polega na wykorzystaniu różnic w ładunku powierzchniowym cząsteczek białka. W chromatografii oddziaływań hydrofobowych uwzględnia się różnice w hydrofobowości białka, natomiast w chromatografii powinowactwa wykorzystuje się powinowactwo dwóch substancji, np. enzymu i substratu, z których jedna jest unieruchomiona na nośniku. Dyskutowano także stopień czystości białka jako produktu finalnego w zależności od jego potencjalnego zastosowania.(abstrakt oryginalny)

EN

In this paper, some up-to-date methods of protein separation and purification appearing useful in research and food analysis were reviewed. The protein purification process includes four major phases: selecting a source of protein, isolating and extracting protein from the biological material, purifying the extracted protein using a column chromatography technique, and, finally, storing the protein obtained until it is taken for further analysis. The content of protein in a biological material and its distribution is one of the factors determining the protein source to be selected. It is possible to win considerable amounts of proteins by employing a DNA recombination technique leading to their increased expression in bacterial cells. When isolating intracellular proteins, it is necessary to utilize additional measures in order to destroy both the tissues and the cells. The cells present in a suspension are destroyed using several methods. With regard to integral protein bound to a biological membrane, an anionic detergent, for example Tryton X-100, is applied to such a biological membrane since this anionic detergent does not cause the denaturation of protein, and it prevents inactivation of the proteins. Prior to starting the purification process of proteins, it is necessary to determine the application of the final proteins to be obtained, the required degree of their purity, and their activity. Depending on its applications, the final protein product can have three degrees of purity: very high > 99%, high, ranging between 95 and 99%, and moderate < 95%. Chromatographic techniques are employed to separate macromolecules on the basis of such parameters like: size and shape, hydrophobicity, surface net charge, or affinity. The first of those techniques is molecular sieving chromatography, also known as a gel filtration. If this technique is applied, macromolecules are separated according to their sizes and shapes. The other technique is ion exchange chromatography and with it, proteins are separated according to differences in the surface net charge of protein macromolecules. While applying the hydrophobic interaction chromatography, the separation of proteins is based on differences in the protein hydrophobicity, whereas the affinity chromatography utilizes the affinity of two substances, for example an enzyme and a substrate, and one of these two substances is carrier-bound, thus, immobilized. In the paper, the purity degree of protein as a final product was discussed with regard to the potential application of such a protein product.(original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Żywność; Biochemia; Chemia spożywcza; Technologia produkcji żywności

EN

Food; Biochemistry; Food chemistry; Food production technology

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 12 (2005)
• Numer: nr 3 (44)
• Strony: 5--22

Twórcy

autor

Mariusz Rosiński

• Akademia Rolnicza w Poznaniu

autor

Dorota Piasecka-Kwiatkowska

• Akademia Rolnicza w Poznaniu

autor

Jerzy R. Warchalewski

• Akademia Rolnicza w Poznaniu

Bibliografia

• [1] Affinity Chromatography Handbook. www.fm.uit.no/info/imb/amb/courses/bio360s/pdf/affinity.pdf.
• [2] Bowie J.U.: Stabilizing membrane proteins. Curr. Opin. Struc. Biol., 2001, 11, 397-402.
• [3] Bradford M.M.: A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Bioch., 1976, 72, 248-254.
• [4] Burgess R.R., Thompson N.E.: Advances in gentle immunoaffinity chromatography. Curr. Opin. Biotech., 2002, 13, 304-308.
• [5] Eriks L.R., Mayor J.A., Kaplan R.S.: A strategy for identification and quantification of detergents frequently used in the purification of membrane proteins. Anal. Bioch., 2003, 323, 234-241.
• [6] Gel Filtration Handbook. home.postech.ac.kr/~smw1905/source/gel%20filtration.pdf.
• [7] Hames B.D., Hooper N.M., Houghton J.D.: Krótkie wykłady. Biochemia. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa 1999.
• [8] Ichimura T., Ikuta N., Uda Y., Horigome T., Omata S.: Separation of membrane proteins solubilized with a non-denaturing detergent and a high salt concentration by hydroxyapatite high-performance liquid chromatography. Anal. Bioch. 1995, 224, 250-255.
• [9] Ion Exchange Chromatography Handbook. www.fm.uit.no/info/imb/amb/courses/bio360s/pdf/ ion_exchange.pdf
• [10] Kaufmann M.: Unstable proteins: how to subject them to chromatographic separations for purification procedures. J. Chrom. B., 1997, 699 347-369.
• [11] Kłyszejko-Stefanowicz L. (red.): Ćwiczenia z biochemii. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa 1999.
• [12] Lienqueo M.E., Mahn A., Vasquez L., Asenjo J.A.: Methodology for predicting the separation of proteins by hydrophobic interaction chromatography and its application to a cell extract. J. Chrom. A., 2003, 1009 189-196.
• [13] Loll P.J.: Membrane protein structural biology: the high troughput challenge. J. Struc. Biol., 2003, 142 144-153.
• [14] Lowry O.H., Rosenbrough N.J., Farr A.L., Randall J.R.J.: Protein measurement with the Folin phenol reagent. Biol.Chem.1951, 193, 265-275.
• [15] Muronetz V.I., Sholukh M., Korpela T: Use of protein - protein interactions in affinity chromatography. J. Biochem. Biophys. Methods, 2001, 49 29-47.
• [16] Pospiech E., Peltre G., Wąsowicz E., Jeleń H., Greaser M.L., Mikołajczak B., Bresińska A., Gorączka A.: Metody separacji i ocena rozdziałów: elektroforeza, wysokosprawna kolumnowa chromatografia cieczowa, chromatografia gazowa, spektroskopia masowa. W: Metody pomiarów i kontroli jakości w przemyśle spożywczym i biotechnologii - pod red. M. Jankiewicza i Z. Kędziora. Wyd. AR. Poznań 2003, s. 155-193.
• [17] Protein Purification Handbook. www.fm.uit.no/info/imb/amb/courses/bio360s/pdf/handbook.pdf
• [18] Protein stability and storage. Technical resource. TR0043.0 www.piercenet.com/files/TR0043dh4
• [19] Queiroz J.A., Tomaz C.T., Cabral J.M.S.: Hydrophobic interaction chromatography of proteins. J. Biotech. 2001, 87 143-169.
• [20] Warchalewski J.R., Kałużewska M., Piasecka-Kwiatkowska, Daussant J., Bielecki S., Wyatt G.M., Gruchała L.: Metody immunoanaliz i ich zastosowanie w przemyśle spożywczym. W: Metody pomiarów i kontroli jakości w przemyśle spożywczym i biotechnologii - pod red. M. Jankiewicza i Z. Kędziora. Wyd. AR Poznań 2003, s. 17-154.
• [21] Wilchek M., Miron T.: Thirty years of affinity chromatography. Reac. Func. Polym., 1999, 41 263-268.