纯化之旅始于对原料的明智选择。常见的起始物料包括细菌（如大肠杆菌）、酵母、昆虫或哺乳动物细胞等重组表达系统，以及动物组织（如肝脏）、植物材料或血清等天然来源。选择依据主要取决于目标蛋白的性质、表达量、所需的翻译后修饰以及成本效益。预处理是至关重要的第一步，其主要目标是释放细胞内含物，形成均一的蛋白质混合物——粗提液。对于细胞样本，常用机械法（超声破碎、高压匀质）、化学法（去垢剂裂解）或酶解法（溶菌酶）；对于组织样本，则需先进行绞碎、匀浆。此阶段必须在低温及合适的缓冲液条件下进行，以比较大限度地保持蛋白质天然结构，并抑制蛋白酶降解。离子交换色谱可根据蛋白表面的电荷差异分离蛋白。江苏凝胶过滤层析
这两种层析都基于蛋白质的疏水性质，但应用条件和剧烈程度不同。HIC在生理条件或高盐浓度下进行，高盐浓度增强了蛋白质表面的疏水相互作用，使其与固定相上温和的疏水基团（如苯基、丁基）结合。随后通过降低盐浓度的梯度进行洗脱。HIC非常适用于在离子交换后紧接着进行，因为前一步的高盐样品可以直接上样。它能有效地分离由于构象差异或疏水贴片不同而表现各异的蛋白质。相比之下，反相层析（RPC）的固定相是密度极高的疏水基团（如C4, C8, C18），流动相是水与有机溶剂（如乙腈、甲醇）的混合物。蛋白质在RPC中经历剧烈的变性条件，通过增加有机溶剂的比例被洗脱。RPC分辨率极高，主要用于肽段分析和质谱前处理，或对有机溶剂稳定的蛋白质的然后精纯，但可能导致活性蛋白的变性。广东膜蛋白分离纯化分子筛分离技术是蛋白分离纯化中常用的一种方法。
FPLC和HPLC都是采用泵系统来精确控制流动相输送的层析技术，区别于依靠重力流动的传统柱层析。FPLC系统专为生物大分子（如蛋白质、核酸）设计，使用生物相容性的材料（如PEEK）流路，以中低压（通常<5 MPa）运行，采用温和的琼脂糖或聚合物基质树脂，旨在保持蛋白质的活性。它非常适合用于IEX， SEC， HIC和亲和层析的精确分析和制备。HPLC则通常在更高的压力下运行（10-40 MPa），使用刚性更强的硅胶基质小颗粒填料，提供极高的分辨率。反相层析（RPC）和离子交换层析（IEX）的HPLC形式常用于分析和小量制备，但HPLC的激烈条件可能使某些蛋白质变性。选择FPLC还是HPLC取决于对分辨率、速度和蛋白质活性保持的综合需求。
表面等离子共振技术是一种无需标记的实时分析生物分子相互作用的强大技术。它将一种相互作用物固定于芯片表面，使另一种相互作用物流过芯片，SPR能实时检测结合和解离过程，从而精确测定动力学参数。在蛋白质纯化领域，它不仅用于表征纯化后蛋白质与配体的亲和力，还可用于筛选比较好的纯化条件。质谱技术已成为蛋白质纯化过程中不可或缺的分析工具。它能够精确鉴定纯化所得蛋白质的身份，通过肽指纹图谱或串联质谱确认其序列完整性，并检测翻译后修饰。此外，基于质谱的定量蛋白质组学可以深度分析纯化样品中的杂质组成，为优化纯化工艺、确保产品纯度提供后面判断。蛋白分离纯化技术在农业和食品领域也有广泛应用。
在获得澄清的细胞提取液后，第一步纯化（常称为粗提或富集）常采用沉淀法。其原理是通过改变溶液条件，大幅降低目标蛋白（或杂蛋白）的溶解度，使其选择性沉淀，从而实现与大量杂质的快速分离。经典的方法是硫酸铵沉淀，通过加入高浓度的硫酸铵，与水分子竞争蛋白质表面的水合层，暴露出疏水区域，导致蛋白质因疏水相互作用而聚集沉淀。不同蛋白质在不同浓度的硫酸铵下开始沉淀，通过控制饱和度可以粗略地分级沉淀蛋白质。其他沉淀方法包括使用有机溶剂（如乙醇）或改变pH至目标蛋白的等电点。沉淀法的优势在于处理量大、快速、成本低，能明显浓缩样品并去除大量杂质，非常适合作为层析前的初始步骤。蛋白分离纯化技术对蛋白质药物的开发具有重要意义。广东膜蛋白分离纯化
纯化后的蛋白可应用于结构解析和功能研究。江苏凝胶过滤层析
膜蛋白嵌于脂质双分子层中，具有疏水表面，使其在水溶液中极易聚集和沉淀，纯化难度远大于可溶性蛋白。关键技术在于使用温和的去垢剂（如DDM、Triton X-100）将其从膜中“溶解”出来，并在整个纯化过程中维持去垢剂胶束的存在，以模拟其天然脂环境，保持其结构和功能。亲和标签策略在此同样适用，但缓冲液配方的优化更为复杂和关键。疗愈性单克隆抗体的生产已形成高度标准化的下游纯化平台。其关键是Protein A亲和层析，它能从细胞培养上清中高特异性、高效率地捕获抗体，实现较好的纯化效果。随后通常紧跟低pH孵育以灭活病毒，再经过离子交换层析（流穿模式）和疏水相互作用层析进一步去除宿主细胞蛋白、DNA、聚集体和残留的Protein A。整个流程稳健、高效，确保了药品的安全性与有效性。江苏凝胶过滤层析
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