亲和层析技术在生物科学中的应用及发展
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摘 要：近几十年来，亲和层析技术发展十分迅速，广泛应用于生物分子(如结合蛋白、酶、抑制剂、抗原、抗体、激素、激素受体、糖蛋白、核酸及多糖类等)及组织(如细胞、细胞器、病毒等)的分离和纯化，是蛋白质组学研究中重要的技术之一。介绍了亲和层析的基本类型及配体合成的研究进展，概述了亲和层析技术在蛋白质组学以及在其他方面的应用和发展动态。
关键词：亲和层析；基本原理；类型；应用
中图分类号：Q819
文献标识码：A
文章编号：1007—7847(2006)01—0012—06
亲和层析(amnitychromaloSraphy)是利用偶联亲和配体的亲和吸附介质为固定相亲和吸附目标产物，使目标产物得到分离纯化的液相层析法，近几十年来，亲和层析技术发展十分迅速，并在生物技术产品、生物分子及组织的分离和纯化领域取得令人瞩目的成就。现已广泛用于分离纯化蛋白质、肽、酶及其底物和抑制剂、抗体及抗原、核酸及其特异性作用物、激素及受体、细胞及细胞表面物等等”。基于此，本文针对亲和层析的基本类型，配体的选择和亲和层析在生物学特别是蛋白质组学中的应用等方面作一介绍。
1 亲和层析的类型
亲和层析柱中被固定的配体是决定亲和层析成功的关键因素。根据配体与生物大分子之间相互作用体系不同，可以把亲和层析分为以下4种类型。
1.1 生物亲和层析(BAFC)
生物亲和层析是利用自然界中存在的生物特异性相互作用物质对的亲和层析。通常具有高的选择性。典型的物质对有酶-底物、酶-抑制剂、激素—受体等。
1.2 免疫亲和层析(1AFC)
利用抗原抗体中的一方为配体，亲和吸附另一方的分离系统，称免疫亲和层析，免疫亲和层析应用相当广泛，许多典型的亲和层析纯化蛋白质的过程已经使用了单克隆抗体作为亲和配体，目前，利用抗体-抗原模式，有可能得到每一种目标蛋白的单抗，然后以单抗为配基，通过亲和层析技术分离纯化目标蛋白质。此种方法的纯化倍数活性回收率非常高。蛋白A和蛋白C作为抗体结合蛋白已被应用于免疫亲和层析技术，是分析人类免疫球蛋白，特别是IgG—类抗体的很好的免疫亲和层析的配体。用免疫层析柱进行各种类型的免疫检测被称为免疫检测法，特别适用于检测含量低微的样品。免疫检测法利用被标记的抗体或模拟分析物来进行间接的被分析物的分析。常用标记如酶标记、荧光标记、化学荧光等。
1.3 金属离子亲和层析(IMAC)
金属离子亲和层析是利用金属离子的络合物或形成整合物的能力吸附蛋白质的分离系统。目的蛋白质表面暴露的供电子氨基酸残基，如组氨酸的咪唑基，半胱氨酸的巯基和色氨酸的吲哚基，十分有利于蛋白质与固定化金属离子结合，这是IMAC用于蛋白质分离纯化的根据。金属离子如锌和铜，已发现能很好地与组氨酸的咪唑基及半胱氨酸的巯基结合。含有不同数量的这些基团的蛋白质可以通过金属离子亲和层析得到分离。
1.4 拟生物亲和层析(BiomimeticAFC)
拟生物亲和层析是利用部分分子相互作用，模拟生物分子结构或某特定部位。以人工合成的配基为固定相吸附目的蛋白质的亲和层析，如以染料亲和层析(DAFC)和氨基酸(包括多肽亲和层析(AALA)。染料配基，例如三嗪(triazine)或三苯甲烷化合物，能通过共价键牢固地结合到亲和载体上，染料配体与很多蛋白以及酶的活性位点相互作用，以模仿这些生物分子的底物、辅助因子或结合剂的形式进行。
2 亲和层析配体的设计以及应用组合方法筛选配体
亲和层析是一种非常有效的大规模纯化生物技术产品的分级分离技术并已广泛应用于蛋白质组学和其他领域的研究。尽管其具有很大潜力，但针对每个目标是否能得到适当的配体，亲和层析方法的利用是受到限制的。近年来发展的利用分子模型对配体进行设计和组合化学相结合已经成为一种为特定生物技术需求产生新颖而特异性强的配体的创新方法。
2.1 亲和层析配体的设计
依据蛋白结构设计配体：理性设计配体的策略包括从合适的数据库获取关于目标蛋白结构信息并确定蛋白上可能的结合位点。目标位点可能是一活性位点、裸露于溶剂的区域或是参与同一中性互补配体相结合的部位。依据蛋白结构设计配体要考虑两个重要因素：第一，正确地预计被设计的配体构像的能力；第二，正确预计配体的亲和力的能力。一些成功地利用蛋白设计配体的方法已报道。例如，针对L-乳酸脱氢酶而设计的蒽醌模仿生物的染料—配体。
依据蛋白功能设计配体：当目标蛋白的三维结构未知的时候，可依据蛋白的功能对配体进行设计，并依赖于考虑配体一定的结构特征。归纳如下：
1)符合一定要求的分子的形状。例如，线形带负电荷的分子肝磷脂对于纯化DNA-结合酶是一种常规方法 ......
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