高純度蛋白對實驗的成功至關重要，也是結構和生物化學研究的主體。基於蛋白獨特的理化性質，科學家利用層析法來分離和純化蛋白。蛋白層析法是科學家可以掌握的最根本和最重要的技能之一。通過這篇文章，我們一起了解下離子交換層析。
離子交換層析（IEX）基於特定pH下的淨電荷差異分離生物分子。蛋白電荷取決於可電離胺基酸側鏈基團的數量和類型。每個蛋白具有等電點（pI），即負電荷和正電荷的總數為零的pH。在低於蛋白pI的緩衝溶液中，蛋白帶正電並將結合陽離子交換樹脂的帶負電荷的官能團。在高於蛋白pI的緩衝液中，蛋白是帶負電荷的，並且將結合陰離子交換樹脂的帶正電荷的官能團。原則上，蛋白可以結合陽離子或陰離子交換樹脂，但在實踐中，蛋白質僅在窄pH範圍內穩定，並且樹脂的選擇取決於蛋白質的pH穩定性。
離子交換層析樹脂具有與樹脂結合的官能團，其吸引相反電荷的生物分子。陽離子交換樹脂帶負電荷，陰離子交換樹脂帶正電荷。離子交換樹脂也被歸類為「弱」或「強」交換劑。這些術語與離子結合的強度無關，而是指官能團的電離狀態隨pH而變化的程度。 「弱」交換劑僅在有限的pH範圍內電離，而「強」交換劑隨著pH變化，離子交換容量顯示沒有變化。弱交換樹脂可以隨著緩衝液pH的變化而佔據或失去質子，並且添加的電荷變化為結合和洗脫提供了額外的選擇性尺寸。強交換劑不會變化，並且在寬的pH範圍內保持完全充電。和使用弱離子交換劑相比，強離子交換劑更簡單優化分離。下表總結了最常見的IEX樹脂。
圖1：離子交換層析樹脂及其官能團
除了官能團之外，還需要考慮樹脂的物理性質。樹脂的尺寸，材料和孔隙決定了最大工作壓力和流速（影響純化速度）。更重要的是，樹脂球的尺寸和孔隙率影響分離的解析度。較大的樹脂球通常有利於快速流速並提供適於早期和中期純化的解析度。較小的樹脂球提供最佳解析度，是後期純化階段的理想選擇。
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