जैव प्रौद्योगिकी में प्रोटीन शोधन के लिए तरीके

जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण घटक प्रोटीन इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग है जो प्रोटीन को डिजाइन या संशोधित करता है। ये प्रोटीन शोधन तकनीकें विशिष्ट औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्रोटीन गुणों का अनुकूलन करती हैं।

इन तकनीकों में वैज्ञानिकों को रुचि के प्रोटीन को अलग करने और शुद्ध करने की आवश्यकता होती है ताकि उनके अनुरूपताओं और सब्सट्रेट विशिष्टताओं का अध्ययन किया जा सके। इसके अलावा अध्ययन की आवश्यकता अन्य लिगेंड्स (एक प्रोटीन जो एक रिसेप्टर प्रोटीन से जुड़ी होती है) और विशिष्ट एंजाइम गतिविधियों के साथ प्रतिक्रियाएं हैं।

आवश्यक प्रोटीन शुद्धता की डिग्री प्रोटीन के इच्छित अंत उपयोग पर निर्भर करती है। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, एक कच्चा अर्क पर्याप्त है। अन्य उपयोगों, जैसे खाद्य पदार्थों और फार्मास्यूटिकल्स में, उच्च स्तर की शुद्धता की आवश्यकता होती है। के लिए कई तकनीकें प्रोटीन शुद्धि एक आवश्यक शुद्धता स्तर तक पहुंचने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रत्येक प्रोटीन शुद्धि कदम का आमतौर पर कुछ हद तक उत्पाद नुकसान होता है। इसलिए, एक आदर्श प्रोटीन शुद्धि रणनीति वह है जिसमें शुद्धि का उच्चतम स्तर सबसे कम चरणों में पहुंचता है।

जिन चरणों का उपयोग करना है उनका चयन लक्ष्य प्रोटीन के आकार, चार्ज, घुलनशीलता और अन्य गुणों पर निर्भर है। एकल साइटोसोलिक प्रोटीन को शुद्ध करने के लिए निम्नलिखित तकनीकें सबसे उपयुक्त हैं।

साइटोसोलिक प्रोटीन परिसरों की शुद्धि अधिक जटिल है और आमतौर पर इसके लिए विभिन्न तरीकों को लागू करने की आवश्यकता होती है।

इंट्रासेल्युलर (सेल के अंदर) प्रोटीन को शुद्ध करने में पहला कदम एक क्रूड निकालने की तैयारी है। अर्क में सेल साइटोप्लाज्म से सभी प्रोटीन का एक जटिल मिश्रण होगा, और कुछ अतिरिक्त मैक्रोमोलेक्यूल, कोफ़ैक्टर्स, और पोषक तत्व होंगे।

जैव प्रौद्योगिकी में कुछ अनुप्रयोगों के लिए इस कच्चे अर्क का उपयोग किया जा सकता है। हालाँकि, यदि शुद्धता एक समस्या है, तो बाद में शुद्धि चरणों का पालन किया जाना चाहिए। क्रूड प्रोटीन अर्क सेल लस द्वारा उत्पन्न सेलुलर मलबे को हटाने के द्वारा तैयार किया जाता है, जो रसायनों का उपयोग करके हासिल किया जाता है, एंजाइमों, sonication या एक फ्रेंच प्रेस।

मलबे को सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा हटा दिया जाता है, और सतह पर तैरनेवाला (एक ठोस अवशेष के ऊपर तरल) बरामद किया जाता है। अपकेंद्रित्र द्वारा कोशिकाओं को हटाने से बाह्य (सेल के बाहर) प्रोटीन की कठोर तैयारी प्राप्त की जा सकती है।

कुछ के लिए जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों, थर्मोस्टेबल एंजाइमों की मांग होती है - ऐसे एंजाइम जो उच्च तापमान को सहन कर सकते हैं, जो उच्च तापमान को सहन कर सकते हैं, जबकि उच्च विशिष्ट गतिविधि को बनाए रखते हैं।

गर्मी प्रतिरोधी प्रोटीन का उत्पादन करने वाले जीवों को कभी-कभी एक्सट्रोफाइल कहा जाता है। एक गर्मी प्रतिरोधी प्रोटीन को शुद्ध करने के लिए एक आसान तरीका है कि मिश्रण में अन्य प्रोटीनों का खंडन किया जाए हीटिंग, फिर समाधान को ठंडा करना (इस प्रकार थर्मोस्टेबल एंजाइम को सुधारने या फिर से तैयार करने की अनुमति देता है, यदि ज़रूरी)। तब विकृत प्रोटीन को सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा हटाया जा सकता है।

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी प्रोटोकॉल अक्सर कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध किट या विधियों का लाभ उठाते हैं जो मानक प्रक्रियाओं के लिए तैयार समाधान प्रदान करते हैं। प्रोटीन शुद्धिकरण अक्सर फिल्टर और तैयार जेल-निस्पंदन कॉलम का उपयोग करके किया जाता है।

डायलिसिस किट के निर्देशों का पालन करें और सही समाधान की सही मात्रा जोड़ें और प्रतीक्षा करें एक ताजा परीक्षण में एलुवेंट (स्तंभ के माध्यम से पारित विलायक) को इकट्ठा करते समय निर्दिष्ट लंबाई ट्यूब।

क्रोमैटोग्राफिक विधियों को बेंच-टॉप कॉलम या स्वचालित एचपीएलसी उपकरण का उपयोग करके लागू किया जा सकता है। एचपीएलसी द्वारा पृथक्करण रिवर्स-चरण, आयन-एक्सचेंज या आकार-बहिष्करण विधियों, और डायोड सरणी या लेजर तकनीक द्वारा पता लगाए गए नमूनों द्वारा किया जा सकता है।

अतीत में, कच्चे अर्क से एक प्रोटीन को शुद्ध करने के लिए एक आम दूसरा कदम उच्च ऑस्मोटिक ताकत (यानी नमक समाधान) के साथ एक समाधान में वर्षा से था। प्रोटीन वर्षा आमतौर पर नमक के रूप में अमोनियम सल्फेट का उपयोग करके की जाती है। क्रूड एक्सट्रैक्ट में न्यूक्लिक एसिड को स्ट्रेप्टोमाइसिन सल्फेट या प्रोटेमाइन सल्फेट के साथ गठित एग्रीगेटिंग द्वारा हटाया जा सकता है।

नमक की वर्षा आमतौर पर एक अत्यधिक शुद्ध प्रोटीन की ओर नहीं ले जाती है, लेकिन मिश्रण में कुछ अवांछित प्रोटीन को नष्ट करने में मदद कर सकती है, और नमूने को केंद्रित करके। समाधान में लवण को डायलिसिस द्वारा छिद्रपूर्ण सेल्यूलोज ट्यूबिंग, निस्पंदन या जेल अपवर्जन क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से हटा दिया जाता है।

विभिन्न प्रोटीन अमोनियम सल्फेट के विभिन्न सांद्रता में अवक्षेपित होंगे। सामान्य तौर पर, उच्च आणविक भार के प्रोटीन अमोनियम सल्फेट की कम सांद्रता में अवक्षेपित होते हैं।

रिवर्स-चरण क्रोमैटोग्राफी (आरपीसी) उनके सापेक्ष हाइड्रोफोबिकिटी (पानी के बिना गैर-ध्रुवीय अणुओं का बहिष्करण) के आधार पर प्रोटीन को अलग करती है। यह तकनीक अत्यधिक चयनात्मक है लेकिन कार्बनिक सॉल्वैंट्स के उपयोग की आवश्यकता है।

कुछ प्रोटीन सॉल्वैंट्स द्वारा स्थायी रूप से विकृत होते हैं और आरपीसी के दौरान कार्यक्षमता खो देंगे। इसलिए इस पद्धति को सभी अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित नहीं किया गया है, खासकर अगर यह गतिविधि को बनाए रखने के लिए लक्ष्य प्रोटीन के लिए आवश्यक है।

आयन-एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी चार्ज के आधार पर प्रोटीन के पृथक्करण को संदर्भित करता है। स्तंभों को या तो आयनों के आदान-प्रदान के लिए तैयार किया जा सकता है। आयनों के आदान-प्रदान वाले स्तंभों में एक स्थिर आवेश होता है जो नकारात्मक आवेशित प्रोटीन को आकर्षित करता है।

राशन विनिमय कॉलम रिवर्स, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए मोती हैं जो सकारात्मक चार्ज किए गए प्रोटीन को आकर्षित करते हैं। लक्ष्य प्रोटीन (ओं) के क्षालन (एक सामग्री को दूसरे से निकालना) पीएच को बदलकर किया जाता है कॉलम, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक के चार्ज किए गए कार्यात्मक समूहों का एक परिवर्तन या बेअसर हो जाता है प्रोटीन।

आकार-बहिष्करण क्रोमैटोग्राफी (जेल निस्पंदन के रूप में भी जाना जाता है) बड़े प्रोटीन को छोटे से अलग करता है बड़े अणु क्रोमैटोग्राफी में क्रॉस-लिंक किए गए बहुलक के माध्यम से तेजी से यात्रा करते हैं स्तंभ। बड़े प्रोटीन बहुलक के छिद्रों में फिट नहीं होते हैं जबकि छोटे प्रोटीन करते हैं, और क्रोमैटोग्राफी कॉलम के माध्यम से कम प्रत्यक्ष मार्ग से यात्रा करने में अधिक समय लेते हैं।

एलीस (क्षालन का परिणाम) क्षय समय के आधार पर प्रोटीन को अलग करने वाली ट्यूबों की एक श्रृंखला में एकत्र किया जाता है। जेल निस्पंदन प्रोटीन के नमूने को केंद्रित करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है क्योंकि लक्ष्य प्रोटीन को एक छोटे क्षालन मात्रा में एकत्र किया जाता है, शुरू में स्तंभ में जोड़ा गया था। इसी तरह की निस्पंदन तकनीकों का उपयोग बड़े पैमाने पर प्रोटीन उत्पादन के दौरान उनकी लागत प्रभावशीलता के कारण किया जा सकता है।

एफिनिटी क्रोमैटोग्राफी "पॉलिशिंग", या प्रोटीन शोधन प्रक्रिया को पूरा करने के लिए एक बहुत ही उपयोगी तकनीक है। क्रोमैटोग्राफी कॉलम में बीड्स को लिगेंड से क्रॉस-लिंक किया जाता है जो विशेष रूप से लक्ष्य प्रोटीन से बंधे होते हैं।

प्रोटीन को फिर मुक्त लिगेंड वाले घोल से रिंस करके कॉलम से निकाला जाता है। यह विधि अन्य तकनीकों की तुलना में शुद्धतम परिणाम और उच्चतम विशिष्ट गतिविधि देती है।

एसडीएस-पृष्ठ (सोडियम डोडेसिल सल्फेट पॉलीएक्रिलामाइड जेल वैद्युतकणसंचलन के साथ प्रयोग किया जाता है) प्रोटीन को एक बड़े शुद्ध नकारात्मक चार्ज को बांधता है। चूंकि सभी प्रोटीन के प्रभार काफी समान हैं, इसलिए यह विधि उन्हें लगभग पूरी तरह से आकार के आधार पर अलग करती है।

एसडीएस-पृष्ठ का उपयोग अक्सर एक श्रृंखला में प्रत्येक चरण के बाद प्रोटीन की शुद्धता का परीक्षण करने के लिए किया जाता है। चूंकि अवांछित प्रोटीन धीरे-धीरे मिश्रण से हटा दिए जाते हैं, एसडीएस-पेज जेल पर कल्पना की गई बैंड की संख्या कम हो जाती है, जब तक कि वांछित प्रोटीन का प्रतिनिधित्व करने वाला केवल एक बैंड नहीं होता है।

इम्यूनोब्लॉटिंग एक प्रोटीन विज़ुअलाइज़ेशन तकनीक है जो आत्मीयता क्रोमैटोग्राफी के साथ संयोजन में लागू होती है। एक विशिष्ट प्रोटीन के लिए एंटीबॉडी का उपयोग आत्मीयता क्रोमैटोग्राफी कॉलम पर लिगेंड के रूप में किया जाता है।

स्तंभ पर लक्ष्य प्रोटीन को बरकरार रखा जाता है, फिर नमक समाधान या अन्य एजेंटों के साथ स्तंभ को रिंस करके हटाया जाता है। रेडियोएक्टिव या डाई लेबल से जुड़े एंटीबॉडीज लक्ष्य प्रोटीन का पता लगाने में सहायता करते हैं, क्योंकि यह बाकी मिश्रण से अलग हो जाता है।