離子交換色譜（IEX）是一種常用于生物分子純化的技術(shù)。它涉及到分子的電荷分離。
該技術(shù)利用了樣品中帶電分子與色譜基質(zhì)固定相中帶相反電荷部分之間的相互作用。這種類(lèi)型的分離很難使用其他技術(shù)，因?yàn)殡姾珊苋菀子伤镁彌_液的pH值控制。
兩種類(lèi)型的離子交換分離是可能的-陽(yáng)離子交換和陰離子交換。在陰離子交換中，固定相帶正電荷，而在陽(yáng)離子交換中，固定相帶負(fù)電荷。
離子交換色譜原理
IEX色譜法用于分離帶電生物分子。含有帶電分子的粗樣品用作液相。當(dāng)它通過(guò)色譜柱時(shí)，分子結(jié)合到固定相中帶相反電荷的位置。
根據(jù)電荷分離的分子用不同離子強(qiáng)度的溶液洗脫。通過(guò)使這樣的溶液通過(guò)色譜柱，可以根據(jù)不同的電荷對(duì)分子進(jìn)行高度選擇性的分離。
技巧
離子交換色譜程序的關(guān)鍵步驟如下:
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- 在特定pH下，將不純的蛋白質(zhì)樣品裝入離子交換色譜柱。
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- 帶電荷的蛋白質(zhì)將與樹(shù)脂中帶相反電荷的官能團(tuán)結(jié)合
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- 鹽梯度用于洗脫分離的蛋白質(zhì)。在低鹽濃度下，具有少數(shù)帶電基團(tuán)的蛋白質(zhì)被洗脫，而在高鹽濃度下，具有多個(gè)帶電基團(tuán)的蛋白質(zhì)被洗脫。
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- 不需要的蛋白質(zhì)和雜質(zhì)通過(guò)洗滌柱去除。
pH梯度也可用于根據(jù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）洗脫單個(gè)蛋白質(zhì)，即蛋白質(zhì)中的氨基酸攜帶中性電荷，因此不會(huì)在電場(chǎng)中遷移。由于氨基酸是兩性離子化合物，它們含有帶正負(fù)電荷的基團(tuán)。根據(jù)環(huán)境的pH值，蛋白質(zhì)帶正電荷、負(fù)電荷或零電荷。在其等電點(diǎn)，它們不會(huì)與柱樹(shù)脂中的帶電部分相互作用，因此被洗脫。降低pH梯度可用于使用陰離子交換樹(shù)脂洗脫蛋白質(zhì)，增加pH梯度可用于從陽(yáng)離子交換樹(shù)脂洗脫蛋白質(zhì)。這是因?yàn)樵黾恿鲃?dòng)相的緩沖液pH值會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)質(zhì)子化程度降低（帶正電的減少），因此它無(wú)法與帶負(fù)電的樹(shù)脂形成離子相互作用，從而允許洗脫。相反，降低流動(dòng)相的pH值將導(dǎo)致分子變得更質(zhì)子化（帶負(fù)電更少），從而允許其洗脫。
離子交換色譜中樹(shù)脂的選擇
離子交換樹(shù)脂具有與固體基質(zhì)共價(jià)連接的帶正電荷或負(fù)電荷的官能團(tuán)。基質(zhì)通常由纖維素、聚苯乙烯、瓊脂糖和聚丙烯酰胺組成。影響樹(shù)脂選擇的因素有陰、陽(yáng)離子交換劑、流速、弱離子交換劑或強(qiáng)離子交換劑、樹(shù)脂粒徑和結(jié)合能力。所關(guān)注的蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性決定了陰離子或陽(yáng)離子交換劑的選擇——如果不考慮穩(wěn)定性，任何一種交換劑都可以使用。
離子交換色譜的應(yīng)用
離子交換是分離純化帶電生物分子如多肽、蛋白質(zhì)、多核苷酸和核酸的常用的色譜方法。它的廣泛適用性、高容量和簡(jiǎn)單性以及高分辨率是其作為分離方法成功的關(guān)鍵原因。離子交換色譜法廣泛用于若干工業(yè)應(yīng)用，其中一些用途如下:
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- 血液成分如白蛋白、重組生長(zhǎng)因子和酶的分離和純化。
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- 生物技術(shù). 質(zhì)量控制和過(guò)程監(jiān)測(cè)等分析應(yīng)用。
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- 食品和臨床研究——研究小麥品種及蛋白尿與不同腎臟疾 病的相關(guān)性。
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- 采用發(fā)酵-陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)半乳糖苷酶的發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。
