中國(guó)藥科大學(xué) 生物藥物分析 第八章 蛋白質(zhì)藥物分析
1、? 概念:在結(jié)構(gòu)上屬于蛋白質(zhì)的藥物。來(lái)源:(1)天然提取;(2)化學(xué)合成或半合成;(3)現(xiàn)代生物技術(shù)制備。
2、? 生物技術(shù)藥物:生物技術(shù)藥物是指有現(xiàn)代生物技術(shù)手段,如基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)制備生產(chǎn)的藥物。
3、? 蛋白質(zhì)藥物結(jié)構(gòu)特點(diǎn):蛋白質(zhì)是由許多氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。
4、? 蛋白質(zhì)能做為藥物的原因:(1)作為生物催化劑;(2)代謝調(diào)節(jié)作用;(3)免疫保護(hù)作用;(4)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存;(5)運(yùn)動(dòng)與支持作用;(6)參與細(xì)胞間信息傳遞。
5、? 蛋白質(zhì)元素組成特點(diǎn):各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近,平均為16%。
6、? 氨基酸的性質(zhì):兩性解離和等電點(diǎn);光學(xué)性質(zhì);重要化學(xué)反應(yīng):(1)與茚三酮反應(yīng):用于氨基酸定量定性測(cè)定;(2)(Sanger反應(yīng))與DNFB反應(yīng)用于N端測(cè)定。(3)Edman反應(yīng):與PITC反應(yīng)用于N端測(cè)序,蛋白質(zhì)測(cè)序儀設(shè)計(jì)原理的依據(jù)。
7、? 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu):指多肽鏈中氨基酸的排列順序,主要的化學(xué)鍵包含肽鍵,部分蛋白質(zhì)含有二硫鍵。
8、? 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu):指蛋白質(zhì)分子空間的三維結(jié)構(gòu),既立體空間的構(gòu)象,在蛋白質(zhì)分子中各元素圍繞某些化學(xué)鍵進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而形成各種空間排布及相互關(guān)系。
9、? 肽鍵平面是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位:參與肽鍵的6個(gè)原子:C1,C,O,N,H,C2位于同一平面,此同一平面上6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元。
10、?????????? 二級(jí)結(jié)構(gòu):一條多肽鏈中局部原子的空間排布;二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本形式:(1)a-螺旋;(2)β-折疊;(3)β-轉(zhuǎn)角;(4)無(wú)規(guī)卷曲;
11、?????????? 無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。是相對(duì)沒(méi)有規(guī)律性的排布,但是其同樣表現(xiàn)重要的生物學(xué)功用;二級(jí)結(jié)構(gòu)的維系力:氫鍵。
12、?????????? 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈的氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成a-螺旋或β-折疊,它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。
13、?????????? 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu):一條多肽鏈中全部氨基酸殘疾(或全部元素)的空間相對(duì)位置。既肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。包括主鏈,側(cè)鏈的全部?jī)?nèi)容。主要的化學(xué)鍵:氫鍵、離子鍵、疏水鍵、范德華力等。
14、?????????? 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu):有些蛋白質(zhì)含有兩條或多條肽鏈,每一條都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu),稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),每條肽鏈稱為亞基。(蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用,稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。維系亞基之間的結(jié)合力有:疏水鍵、范德華力以及氫鍵和離子鍵,還有二硫鍵。
15、?????????? 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液在某一定ph值時(shí),使某特定蛋白質(zhì)分子上所帶正負(fù)電荷相等,成為兩性離子,在電場(chǎng)中既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng),此時(shí)溶液的ph值即為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)pi。
16、?????????? 由于蛋白質(zhì)的分子量很大,在水溶液中形成1-100nm的微粒,因而具有膠體溶液的特征??扇苄缘鞍踪|(zhì)分子表面分布著大量極性氨基酸殘疾,對(duì)水有很高的親和性,通過(guò)水合作用在蛋白質(zhì)顆粒外面形成一水化層,同時(shí)這些顆粒帶有電荷,因而蛋白質(zhì)溶液是相當(dāng)穩(wěn)定的親水膠體。
17、?????????? 如果加入適當(dāng)?shù)脑噭┦沟鞍踪|(zhì)分子處于等電點(diǎn)狀態(tài)或失去水化層(消除相同電荷,除去水膜),蛋白質(zhì)膠體溶液就不再穩(wěn)定并將產(chǎn)生沉淀。
18、?????????? 沉淀方法類(lèi)別:(1)高濃度中性鹽(鹽析、鹽溶);(2)酸堿等電點(diǎn)沉淀;(3)有機(jī)溶劑沉淀;(4)重金屬鹽沉淀;(5)生物堿試劑和某些酸類(lèi)沉淀;(6)加熱變性沉淀。
19、?????????? 蛋白質(zhì)變性與復(fù)性:蛋白質(zhì)各自特有的高級(jí)結(jié)構(gòu);是表現(xiàn)其物理性質(zhì)和化學(xué)特性以及生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)天然蛋白質(zhì)受到某些物理因素和化學(xué)因素的影響,使其分子內(nèi)部原有的高級(jí)構(gòu)象發(fā)生變化時(shí),蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能都隨之改變或喪失,但并未導(dǎo)致其一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化,這種現(xiàn)象稱為變性作用。表征:生物活性喪失;物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)改變。
20、?????????? 蛋白質(zhì)主要呈色反應(yīng):雙縮脲反應(yīng);福林酚試劑反應(yīng);茚三酮反應(yīng);蛋白質(zhì)定量,定性的常用測(cè)定方法。
21、?????????? 蛋白質(zhì)在遠(yuǎn)紫外光區(qū)(200-230nm)有較大的吸收,在280nm有一特征吸收峰,可利用這一特性對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量鑒定。
22、?????????? 蛋白質(zhì)組成分析:(1)水解;(2)衍生:在游離氨基酸殘疾上衍生一個(gè)生色基團(tuán);(3)色譜。最終獲得蛋白質(zhì)或多肽中各氨基酸所占摩爾分?jǐn)?shù)或摩爾比。
23、?????????? 酸性水解:得到的氨基酸不消旋,但天冬酰胺、谷氨酰胺分別被完全水解為天冬氨酸和谷氨酸,色氨酸則被完全破壞,半胱氨酸不能從樣品中直接測(cè)定,酪氨酸部分被水解液中恒量雜質(zhì)所破壞,絲氨酸和蘇氨酸被部分水解。
24、???????????? 對(duì)某些氨基酸的破壞率、需要用不同的水解時(shí)間測(cè)定這些氨基酸的含量,然后外推到水解時(shí)間0H,算得的氨基酸含量,即代表了真正數(shù)值。
25、???????????? 有些脂肪族氨基酸殘基間的肽鍵難于裂解,可通過(guò)延長(zhǎng)水解時(shí)間來(lái)解決。但長(zhǎng)時(shí)間的水解會(huì)使較敏感的氨基酸殘基損失更大。
26、???????????? 半胱氨酸和甲硫氨酸往往先將蛋白質(zhì)用過(guò)甲酸氧化后再水解,相應(yīng)得到磺基丙氨酸和甲硫氨酸。
27、???????????? 堿性水解:多數(shù)氨基酸遭到破壞,其它氨基酸消旋,僅色氨酸穩(wěn)定。所以此法僅限于測(cè)定色氨酸的含量。
28、???????????? 酶水解:用一組蛋白酶水解肽鏈,特別適用于對(duì)化學(xué)水解敏感的氨基酸如天冬酰胺和谷氨酰胺的測(cè)定。優(yōu)點(diǎn)是水解過(guò)程中氨基酸不發(fā)生消旋化,幾乎可以保持所有的組成氨基酸不被破壞。缺點(diǎn)是反應(yīng)需要較長(zhǎng)時(shí)間,水解的產(chǎn)物為較小的肽段,水解不完全。另外,酶本身也是蛋白質(zhì),對(duì)樣品的結(jié)果測(cè)定可能會(huì)有干擾。
29、???????????? 微波輻射能水解:微波是一種高頻電磁波,其能量傳遞是通過(guò)分子的極化,而水分子的極化作用是非常高的,微波能量的快速吸收能導(dǎo)致完全水解的時(shí)間大大縮短。在微波輔助酸水解和酶水解中,水解時(shí)間可從幾十小時(shí)縮短至幾十分鐘。
30、???????????? 膜上蛋白質(zhì)印跡樣品的水解(原位分析):如果蛋白質(zhì)樣品采用電泳法分離,很難從凝膠中洗脫下來(lái),可采用電印跡法把樣品轉(zhuǎn)移到PVDF(聚偏氟乙烯)膜上,然后在PVDF膜上直接進(jìn)行鹽酸水解和氨基酸分析,稱之為原位分析。
31、???????????? 色氨酸的保護(hù):水解酸中添加保護(hù)劑:巰基乙酸和β-巰基乙醇。3mol/L巰基乙磺酸或4mol/L甲磺酸在水解時(shí)對(duì)色氨酸有一定保護(hù)作用。酶:利用蛋白酶作為水解劑,條件溫和,對(duì)天冬氨酸和谷氨酰胺及色氨酸均無(wú)破壞作用。堿:用氫氧化鈉或氫氧化鋇代替酸水解,可保護(hù)色氨酸不被破壞。
32、???????????? 半胱氨酸的保護(hù):還原烷化法:產(chǎn)生能抗水解的半胱氨酸衍生物。烷化試劑包括40乙烯吡啶和碘代乙酸。缺點(diǎn):為了確保試劑接近巰基,還原和氧化通常要在變性劑存在下進(jìn)行,多余試劑盒變性劑要用HPLC、沉淀法或透析去除,沒(méi)一步都可能造成樣品的損失。
33、???????????? 氧化反應(yīng):過(guò)甲酸氧化反應(yīng)被用來(lái)轉(zhuǎn)化半胱氨酸和胱氨酸稱為半胱氨酸再進(jìn)行測(cè)定。缺點(diǎn):會(huì)影響其他氨基酸特別是甲硫氨酸會(huì)轉(zhuǎn)變成加硫氨酸砜,酪氨酸會(huì)降解。必須準(zhǔn)備能分析兩次的樣品量,一次提供半胱氨酸數(shù)據(jù),另一次則提供其他氨基酸的組成數(shù)據(jù)。
34、???????????? 衍生是將氨基酸衍生為有利于測(cè)定或分離的化合物。大多數(shù)氨基酸不含有芳香環(huán)等生色團(tuán),無(wú)法直接用紫外法檢測(cè),需要先將氨基酸衍生為具有較強(qiáng)紫外或熒光吸收的衍生物。從衍生角度看,氨基酸分析可分為柱前衍生和柱后反應(yīng)法兩大類(lèi)。
35、???????????? 柱后反應(yīng)法:將游離氨基酸經(jīng)過(guò)色譜柱分離后,各種氨基酸再與顯色劑作用。優(yōu)點(diǎn):比較穩(wěn)定,對(duì)樣品預(yù)處理要求低,容易定量和自動(dòng)化操作。缺點(diǎn):檢測(cè)靈敏度不高,分析時(shí)間長(zhǎng)。
36、???????????? 柱前衍生法:將氨基酸和化學(xué)偶聯(lián)試劑先反應(yīng)生成氨基酸的衍生物,然后再用色譜柱將各種衍生物分離,直接檢測(cè)衍生物的光吸收或熒光發(fā)射。優(yōu)點(diǎn):分析靈敏度高,可用HPLC進(jìn)行氨基酸分析。缺點(diǎn):有點(diǎn)衍生物不穩(wěn)定,衍生試劑可能干擾氨基酸檢測(cè)。
37、???????????? 幾種常見(jiàn)的氨基酸衍生化方法:(1)茚三酮反應(yīng);(2)熒光胺法;(3)鄰苯二甲醛法(OPA);(4)PTC-AA法;(5)DNS-CI法;(6)硫酰氯二甲胺偶氮苯法。
38、???????????? 氨基酸的定性和定量分析一般用:紙層析;雙向紙層析;薄層層析;HPLC;離子交換層析柱等方法。
39、???????????? 蛋白質(zhì)的末端測(cè)定:
40、???????????? N端分析方法:二硝基氟苯法;二甲氨基萘磺酰氯法;異硫氰酸苯酯法;DABITC法,氨肽酶法。
41、???????????? 二硝基氟苯在弱堿性條件下,與肽鏈的N端氨基作用,形成二硝基苯基肽鏈(DNP—肽)經(jīng)酸水解后,N端殘基成為二硝基苯基-氨基酸,可用有機(jī)溶劑(如乙醚)抽提,再進(jìn)行紙層析或薄層層析后,根據(jù)層析斑點(diǎn)的位置作定性鑒定。
42、???????????? FDNB還可以與側(cè)鏈上的基團(tuán)反應(yīng),但水解后產(chǎn)物極性較強(qiáng),不被乙醚抽提。當(dāng)N端氨基是脯氨酸或羥脯氨酸時(shí),不能進(jìn)行測(cè)定。
43、???????????? DNS-CL法:熒光劑DNS-CI可與肽鏈N端氨基反應(yīng)生成DNS-肽,經(jīng)酸水解,N-末端殘基形成DNS-氨基酸,用乙酸乙酯抽提,然后用層析法鑒定。DNS-氨基酸于360nm和280nm處產(chǎn)生強(qiáng)烈熒光,根據(jù)熒光點(diǎn)位置確定N端氨基酸。
44、???????????? PIT-氨基酸在268nm處有強(qiáng)吸收峰
45、???????????? DABITC能與N端氨基反應(yīng)生成DABTH-氨基酸,經(jīng)層析分離后,用鹽酸氣熏即可出現(xiàn)紅色斑點(diǎn),很容易鑒定。
46、???????????? C端測(cè)定:羧肽酶法,硼氫化鋰法(與C端氨基反應(yīng)后生成相應(yīng)的a-氨基醇,水解后抽提氨基醇,可用層析法分離鑒定。),肼解法。
47、???????????? 封閉N-末端測(cè)定:沒(méi)有游離的氨基端
48、???????????? 乙?;疦端:肼解條件下,N端的乙?;纬梢阴k拢缓笫蛊渑cDNS-CI作用,形成N乙酰-N’-丹磺酰肼經(jīng)乙醚抽提后可應(yīng)用薄層層析等方法鑒定;吡咯烷酮羧酸末端:牛肝焦谷氨酸氨肽酶能水解出末端的吡咯烷酮羧酸,從而使剩下的有自由氨基端的肽鏈可以用Edman方法遞減分析。甲?;┒耍捍嬖谟谠梭w系的初生肽鏈的端部。弱酸條件下處理48小時(shí)即可。
49、???????????? 二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定:采用圓二色譜測(cè)定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。
50、???????????? 三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定:X射線衍射法和核磁共振技術(shù)是研究蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確的方法
51、???????????? 蛋白質(zhì)藥物質(zhì)量控制的要點(diǎn):(1)蛋白質(zhì)純度檢查;(2)蛋白質(zhì)含量測(cè)定;(3)蛋白質(zhì)藥物理化性質(zhì)的鑒定;(4)殘余雜質(zhì)檢測(cè)。
52、???????????? 蛋白質(zhì)純度檢查:世衛(wèi)組織規(guī)定必須用HPLC和非還原SDS-PAGE兩種方法測(cè)定,其純度都應(yīng)達(dá)到95%以上才能合格;純度的檢測(cè)通常是在原液中進(jìn)行。
53、???????????? 從蛋白制劑中檢測(cè)出少量的污染蛋白質(zhì)是很困難的。因?yàn)槲廴镜鞍踪|(zhì)的量很可能低于很多測(cè)定方法的檢測(cè)下限。制劑中往往含有大量的輔料。當(dāng)用一種方法測(cè)定蛋白質(zhì)純度時(shí),可能有兩種或更多的蛋白質(zhì)表現(xiàn)出相似的行為。這種類(lèi)似的行為可能會(huì)導(dǎo)致本來(lái)是混合物的樣品也被認(rèn)為是均一物質(zhì)的錯(cuò)誤結(jié)論。只用一種方法作為純度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是很不可靠的,必須選擇多種測(cè)定純度的方法。最好的純度標(biāo)準(zhǔn)是建立多種分析方法,從等電點(diǎn)、相對(duì)分子質(zhì)量、疏水性等不同的角度來(lái)證明了蛋白質(zhì)樣品的均一性。純度最終取決于所用的方法的類(lèi)型和分辨力,低分辨率的方法檢測(cè)到結(jié)果改用高分辨率方法時(shí)就有可能證明它是不純的。
54、???????????? 采用HPLC、非還原SDS-PAGE法測(cè)純度。
55、???????????? 蛋白質(zhì)含量測(cè)定:在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定此項(xiàng)目主要用于原液比活性計(jì)算和成品規(guī)格的控制。蛋白含量采用福林酚試劑法(Lowry法)、染色法(Bradford法)、雙縮脲法、紫外吸收法、HPLC法和凱氏定氮儀法。ELISA法。HPLC法。
56、???????????? 蛋白質(zhì)藥物理化性質(zhì)的鑒定:
57、???????????? (1)特異性鑒別試驗(yàn):主要確定蛋白質(zhì)的抗原性(2)免疫學(xué)方法:根據(jù)抗原抗體特異反應(yīng)建立的方法。重組產(chǎn)品通常用免疫印跡和點(diǎn)免疫進(jìn)行鑒定,特別當(dāng)電泳出現(xiàn)兩條或兩條以上區(qū)帶時(shí)則應(yīng)該用免疫印跡進(jìn)行鑒定。半干膠轉(zhuǎn)移免疫印跡法是最常用的方法。印跡的效率取決于蛋白質(zhì)從膠上轉(zhuǎn)移到膜上的效率以及蛋白質(zhì)與膜結(jié)合的效率。
58、???????????? (2)相對(duì)分子量測(cè)定:還原型SDS-PAGE測(cè)定。質(zhì)譜法。
59、???????????? (3)等電點(diǎn)測(cè)定:可以表征藥物的理化性質(zhì)和純度。均一的重組蛋白質(zhì)只有一個(gè)等電點(diǎn)。常用的測(cè)定方法:等電聚焦電泳法(IEF);毛細(xì)管電泳法:(CE)用紫外檢測(cè),適用于某些不易染色的蛋白質(zhì)多肽。
60、???????????? (4)肽圖分析:測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu),工藝穩(wěn)定性。肽圖裂解方法:(1)化學(xué)裂解法;(2)蛋白酶裂解法;(3)特殊處理:二硫鍵、空間構(gòu)象較復(fù)雜的特殊產(chǎn)品。
61、???????????? 肽圖常用的分析方法:(1)SDS-PAGE電泳;(2)反向HPLC;(3)毛細(xì)管電泳;(4)液質(zhì)分析。
62、???????????? 吸收光譜:某一重組蛋白來(lái)說(shuō),其最大吸收波長(zhǎng)是固定的。在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)批產(chǎn)品的紫外吸收光譜應(yīng)當(dāng)是一致的。
63、???????????? 氨基酸組成分析:是結(jié)構(gòu)分析的輔助手段,質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。在生產(chǎn)的控制中,樣品的氨基酸組成結(jié)果應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)品一致。
64、???????????? N和C端氨基酸測(cè)序,必須測(cè)N端15個(gè)氨基酸,C端應(yīng)測(cè)1-3個(gè)。
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