在生命科學(xué)試劑體系里,胰蛋白酶是被使用得最頻繁、卻也最容易被“用粗放了”的一種工具酶。同行在寫 SOP 時(shí)往往只寫“加 0.25% Trypsin-EDTA,37℃ 2–5 min”,但真正決定傳代后細(xì)胞活率、決定 Shotgun 蛋白鑒定深度的,是胰蛋白酶的酶原激活完整性、β/α-型比例、比活定義體系、自溶動(dòng)力學(xué)以及二價(jià)陽離子博弈邏輯。本文面向有細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白組學(xué)前處理經(jīng)驗(yàn)的讀者,把豬胰腺源胰蛋白酶的技術(shù)底牌翻開來談。
豬胰腺來源的胰蛋白酶以胰蛋白酶原(trypsinogen)形式合成,進(jìn)入十二指腸后由腸激酶切去 N 端六肽,或在 Lys1?–Ile1? 處發(fā)生限制性自切,得到由 223 個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈多肽,分子量約 23.8 kDa,序列內(nèi)由 6 對二硫鍵剛性固定構(gòu)象。
激活后首先出現(xiàn)的是 β-trypsin(天然活性主體);在溶液中繼續(xù)自溶會(huì)在 Lys–Ser 位點(diǎn)切開,轉(zhuǎn)為 α-trypsin,再進(jìn)一步降解為 ψ-trypsin,催化效率階梯式下降。這也是為什么凍干粉標(biāo)稱“1,000–2,000 BAEE U/mg solid”的試劑,溶解后若反復(fù)凍融、在偏堿無 Ca2? 環(huán)境中久置,實(shí)測活力會(huì)掉到標(biāo)稱值 60% 以下——不是廠家虛標(biāo),是自溶走了。
工程經(jīng)驗(yàn):豬胰源干粉配液后,加 1–2 mM CaCl? 可將自溶速率壓低一個(gè)數(shù)量級;-20℃ 分裝、避免 4℃ 長期存放,是保活的基本動(dòng)作。
胰蛋白酶是絲氨酸蛋白酶家族成員,催化三聯(lián)體(His57-Asp102-Ser195)攻擊肽鍵羰基碳,對 Lys 和 Arg 殘基羧基側(cè)肽鍵有強(qiáng)選擇性。但有三個(gè)被同行忽略的邊界條件:
酸性殘基鄰近效應(yīng):若切割位點(diǎn)任一側(cè)緊鄰 Asp/Glu,水解速率顯著變慢;
Pro 阻斷規(guī)則:當(dāng) Pro 位于切割位點(diǎn)羧基側(cè)(P1′ 位)時(shí),肽鍵基本不被切斷;
Arg 與 Lys 差異:Arg 位點(diǎn)通常比 Lys 位點(diǎn)更快,尤其在 pH 8.5 以上;Lys 后接酸性殘基時(shí)漏切率上升,這是質(zhì)譜酶解肽圖“漏切位點(diǎn)”的主要來源。
最適 pH 文獻(xiàn)常寫 7–9,但細(xì)分來看:
細(xì)胞消化場景:pH 7.6–8.0(兼顧酶活與細(xì)胞膜穩(wěn)定性);
質(zhì)譜酶解場景:pH 8.0–8.5(50 mM NH?HCO? 或 Tris 體系),37℃ 過夜或 47℃ 快速酶解(rapid trypsin digestion)均可,但 47℃ 下自溶加快,需控制酶:底物比。
同行選型時(shí)最容易踩的坑是把不同單位制的比活直接橫比。
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單位制
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底物
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定義
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BAEE unit?
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Nα-苯甲酰-L-精氨酸乙酯
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pH 7.6、25℃ 下,3.2 mL 體系、1 cm 光程,ΔA??? = 0.001/min 為 1 U
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USP unit?
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酪蛋白/BAEE 類藥典方法
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動(dòng)物源胰酶常標(biāo) ≥250 USP U/mg(如 1:250 胰酶)
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BTEE unit?
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N-苯甲酰-Tyr-乙酯
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1 BTEE U ≈ 320 ATEE U
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Sigma-Aldrich T4799 這類 BioReagent 級豬胰凍干粉標(biāo)的是 1,000–2,000 BAEE U/mg solid,折合成 0.25% 工作液(2.5 mg/mL)約對應(yīng) 2,500–5,000 BAEE U/mL,用于貼壁細(xì)胞解離時(shí)典型終濃度 0.05–0.25%(w/v)。注意:BAEE 單位高 ≠ 細(xì)胞消化一定快,因?yàn)榧?xì)胞解離還依賴對 E-cadherin、integrin 胞外段、fibronectin 的實(shí)際可及性,血清中 α?-巨球蛋白也會(huì)淬滅部分酶活。
貼壁細(xì)胞傳代時(shí)用的是“Trypsin + EDTA”組合,底層邏輯不是 EDTA 增強(qiáng)酶活,而是:
EDTA 螯合培養(yǎng)面/胞外基質(zhì)上的 Ca2?/Mg2?,削弱鈣粘蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間錨定;
Ca2? 本身對胰蛋白酶有穩(wěn)定作用,但對“細(xì)胞-基質(zhì)”連接是結(jié)構(gòu)支撐,因此消化液反要用無 Ca/Mg 的 HBSS/PBS 配;
加血清終止的原理是血清中 α?-抗胰蛋白酶、α?-巨球蛋白不可逆結(jié)合胰蛋白酶形成復(fù)合物,不是簡單“稀釋”。
消化判定標(biāo)準(zhǔn)建議用形態(tài)學(xué)+臺(tái)盼藍(lán)活率雙控:鏡下細(xì)胞間隙變大、個(gè)別細(xì)胞變圓即可拍停,而非統(tǒng)一計(jì)時(shí) 3 min;原代細(xì)胞(如黃體內(nèi)皮細(xì)胞、雞胚成纖維細(xì)胞)對胰酶敏感度高,可降至 0.05% + 10 min 冰上溫和解離,避免膜蛋白剪切導(dǎo)致后續(xù)流式/類器官接種失敗。
雖然重組胰蛋白酶(Pichia 表達(dá)、無動(dòng)物源病毒風(fēng)險(xiǎn))在 GMP 蛋白藥肽圖里已成主流,但豬胰源高純凍干粉在以下場景仍有性價(jià)比優(yōu)勢:
常規(guī) SDS-PAGE 膠內(nèi)酶解(in-gel digestion):酶:底物 1:20–1:100(w/w),37℃ 過夜;
復(fù)雜組織蛋白提取液預(yù)處理;
教學(xué)/中試級 Shotgun 樣品前處理,對單次鑒定肽段數(shù)要求不過度苛求時(shí)。
注意點(diǎn):豬胰粗提級若未做 TLCK 處理,可能混有少量糜蛋白酶(chymotrypsin)活性,對 Arg/Lys 以外位點(diǎn)產(chǎn)生輕微背景切割;T4799 這種 BioReagent 級雖非色譜純,但比活區(qū)間窄、批次間 BAEE 波動(dòng)可控,適合作為“準(zhǔn)研究級”備份酶。
胰蛋白酶活性可被以下幾類東西干掉,配液和器皿清洗時(shí)要避開:
絲氨酸蛋白酶不可逆抑制劑:PMSF、DFP、AEBSF、TLCK、APMSF;
天然抑制劑:抑肽酶(aprotinin)、大豆胰酶抑制劑、卵清抑制劑;
金屬離子:Cu2?、Zn2? 高濃度抑制;Ag? 變性;
有機(jī)溶劑:胰蛋白酶在 2 M 尿素、2 M 鹽酸胍、0.1% SDS 中可保留大部分活性,但長期接觸會(huì)促進(jìn)自溶。
器皿建議單獨(dú)標(biāo)識(shí)“胰酶區(qū)”移液器,避免交叉沾染 PMSF 儲(chǔ)備液(常存于異丙醇中)導(dǎo)致整批酶失活。
試劑推薦:T4799-10G|Merck / Sigma-Aldrich 胰蛋白酶(豬胰腺源)
面向上述細(xì)胞解離與蛋白組學(xué)前處理雙重需求,可鎖定以下規(guī)格:
品名:Trypsin from porcine pancreas
貨號:T4799-10G
形態(tài):凍干粉(lyophilized powder),BioReagent 級,suitable for cell culture
比活:1,000–2,000 BAEE units/mg solid
分子量:~23.8 kDa;推薦復(fù)溶濃度 25 mg/mL(HBSS 中)
最適 pH:7.6(細(xì)胞場景)/ 8.0–8.5(酶解場景)
儲(chǔ)運(yùn):室溫運(yùn)輸,到貨后 -20℃ 避光分裝保存
典型用途:哺乳動(dòng)物貼壁細(xì)胞傳代解離、組織離散、in-gel 酶解、肽圖前處理
供應(yīng)鏈提示:T4799-10G 為 10 g 中試包裝,較 5 g 裝單位成本更優(yōu),較 25 g 裝更適合 3–5 人課題組半年用量,避免大包裝反復(fù)凍融。
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