有機溶劑可將吸附在疏水界面的蛋白質洗脫(圖14)。
在梯度洗脫期間,當有機溶劑量達到針對每一蛋白質的特定濃度時,蛋白質就會從疏水界面上解吸,繼續順著柱向下,從而從柱中洗脫。
圖14. 當有機改性劑的濃度達到特定值時,蛋白質從疏水界面洗脫。
乙腈。在多肽的反相色譜分離時最常用的有機溶劑為乙腈。為什么選擇乙腈?
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乙腈易揮發,易從樣品中去除。
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乙腈黏度低,柱壓低。
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乙腈的紫外吸收截止波長較短。
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乙腈長期用于分離應用。
異丙醇。異丙醇在多肽的色譜分離中具有重要作用。盡管異丙醇黏度大(會增大柱壓),很少單獨用作有機改性劑,但其在提高一些多肽的回收率方面具有重要作用,尤其是強疏水性蛋白。
在此類情況下,以1%~5%的恒定濃度加入異丙醇,以提高疏水性多肽的回收率或洗脫。
其它有機改性劑。很少使用甲醇或乙醇等有機改性劑,除非在分離強疏水性蛋白時。此外,由于乙醇毒性低,因此還用于蛋白質的大規模純化。
梯度洗脫。多肽的洗脫幾乎都采用梯度洗脫法,采用梯度洗脫法分離時,逐漸增大有機溶劑的相對濃度。
當有機改性劑的濃度升到解吸所需的特定濃度時,蛋白質和多肽就從柱上洗脫。如圖15所示,有機改性劑的濃度(梯度)變化速率越慢,這些蛋白亞基的分辨率越高。
在該例中,相較于每分鐘0.5%的梯度變化速率,每分鐘0.25%的梯度變化顯著提高了分辨率。
蛋白質/多肽的保留機制的圖1中顯示了采用每分鐘0.15%的梯度變化速率時幾種胰島素的分離過程。采用每分鐘0.05%的梯度變化速率洗脫時,分辨率最大。
圖15. 一般情況下,降低有機溶劑濃度變化速率會提高分辨率。
A. 細胞色素c亞基
B. 色譜圖A中間片段的重現。
色譜柱:C4 寬孔柱, 4.6 x 250 毫米
降低梯度變化速率增加分辨率時,所需的分析時間必須盡可能短。
但是,梯度變化速率的調整在優化蛋白質和多肽的分辨率方面非常重要。
有時,降低梯度變化速率時,多肽會表現出特異行為(圖16)。
分辨率有時不會按照預期增加,反而會降低,導致出現共洗脫,甚至洗脫順序也會顛倒。
在圖16的示例中,洗脫時間為45分鐘時多肽11和12表現出最佳的分離效果。
當洗脫時間增加至90分鐘時,多肽11和12間的分辨率降低;而當洗脫時間增加至160分鐘時,出現共洗脫峰。
這種保留行為是多肽表面相互作用的結果,導致這種行為的原因目前尚不清楚。
因此,在進行多肽分離時,尤其是在分離蛋白酶水解物時,觀察分辨率隨梯度坡度降低的變化很重要。
如果分辨率未增加,反而降低,則必須優化梯度變化速率,以最大化整體分辨率。
圖16. 多肽間分辨率有時隨著溶劑濃度變化速率的降低(洗脫時間增加)而降低。
這將導致分辨率降低或共洗脫峰的出現,如人生長激素肽圖中多肽11和12例示。
在一些情況下,多肽甚至會逆轉洗脫順序。
樣品人生長激素的胰蛋白酶水解物。部分顯示了多肽圖譜。
色譜柱:C18寬孔柱,4.6 x 150 mm
洗脫液:梯度:0~60%乙腈與水溶性溶劑和0.1%TFA混合液和有機溶劑與0.08%TFA混合液在一定時間內形成梯度洗脫。
在流動相中加入離子對試劑,以實現良好的峰形。
目前認為,在沒有離子對試劑的情況下,硅膠表面的金屬雜質是導致蛋白質/多肽峰形較差的原因。
三氟乙酸。三氟乙酸(TFA)是最常用的離子對試劑。將濃度為~0.1%的三氟乙酸加入流動相,會在大多數柱上產生良好的峰形(圖17)。
降低TFA的濃度能提高LC-MS的檢測靈敏度(見22~25頁),但由于硅膠表面存在雜質,可能會導致硅膠柱上的峰形較差。
但采用高純度硅膠柱時,可加入低濃度TFA(圖17A——0.01%
TFA)。
圖17. TFA濃度對峰形和選擇性的影響
洗脫液:加入如圖所示的TFA,以20%~32%的乙腈(ACN)梯度洗脫,洗脫時間為15分鐘。
樣品1.血管緊張素II 2.血管緊張素III3.血管緊張素I
其它離子對試劑。盡管目前為止TFA仍是最常用的離子對試劑,但蛋白質/多肽分離有時會采用磷酸和七氟丁酸(HFBA)等其它試劑。
如圖18所示,一些情況下,磷酸可分離一些TFA無法分離的多肽。通常磷酸鹽使用濃度約為20-30 mM,pH為2~2.5。此外,磷酸鹽緩沖液對一些蛋白質的分離效果要優于TFA。
盡管同TFA一樣,磷酸鹽緩沖液使用的pH通常較低,但磷酸鹽緩沖液也能適應較高的pH,為選擇性和分辨率的改變提供了機會(見17頁)。
將磷酸鹽作為離子對試劑的主要弊端是:磷酸鹽不揮發,很難從肽中去除。
一些時候,七氟丁酸用作組蛋白等堿性蛋白分離的離子對試劑
圖18. 使用除TFA以外的離子對試劑可能會產生不同的選擇性
條件
色譜柱:C18 寬孔柱, 4.6 x 250 毫米
洗脫液:
A.4%~40% 乙腈—0.1%TFA體系,pH=2,18分鐘梯度洗脫。
B.4%~40% 乙腈—20mM 磷酸體系,pH=2,18分鐘梯度洗脫。
樣品:
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緩激肽
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神經降壓素
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蛙皮素
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章魚唾腺精
pH值對多肽保留行為的影響。不論采用TFA和磷酸,還是其它離子對試劑,用于多肽分離的反相流動相通常適應的pH值較低。
在低pH值條件下,羧酸基團——端羧基,以及天冬氨酸和谷氨酸的側鏈會進行質子化,且僅有輕微極性。
將流動相的pH值增加至6~7將會使羧酸基團離子化,減弱多肽的疏水性。這將降低各種多肽的保留值,但尤其影響含天冬氨酸或谷氨酸的多肽(圖19)。
與其它多肽相比,含天冬氨酸和谷氨酸的多肽的保留值降低更多,從而改變了選擇性。盡管增加多肽分離流動相pH的做法不經常采用,但它可以在一些特定情況下發揮作用。
圖19. 流動相的pH值會影響多肽的保留值,尤其是含酸性氨基酸殘基(天冬氨酸和谷氨酸)的多肽。
條件
色譜柱:ACE 5 C18-300,4.6 x
250 mm
洗脫液:
A.20%~32% 乙腈—0.1%TFA體系,pH=2,15分鐘梯度洗脫。
B.20%~32% 乙腈—10mM NH4OAc體系,pH=7,15分鐘梯度洗脫。
樣品
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血管緊張素II
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血管緊張素III
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血管緊張素I
流速。流動相的流速對反相高效液相色譜法分離的分辨率影響不大。
如圖20所示,流動相流速為0.5、1.0或2.0 ml/min時,胰蛋白酶圖譜中多肽的分辨率大致相同。
但梯度體積必須恒定才能維持分辨率一致。
這需要隨著流速的增加減少梯度洗脫時間。
體系壓力隨著流速的增加而增加;體系壓力可能會限制可用的流速。
此外,較高的流速還會使檢測靈敏度稍有降低,但可能增加大分子蛋白或疏水性蛋白的溶解度。
圖20. 流動相的流速對多肽的分辨率影響不大。隨著流速的變化,總梯度體積必須保持恒定才能維持分辨率一致。
條件
色譜柱:C18小孔柱,4.6 x 250 mm
洗脫液:10%~50% 乙腈~0.1% TFA 體系,時間、流速如圖所示
樣品β-乳球蛋白的胰蛋白酶水解物