蛋白质层析分离中的分子相互作用研究

针对生物分离过程微尺度认识的缺乏，通过实验研究和计算机分子模拟相结合，深入探讨蛋白质层析分离过程中的分子相互作用。以血液蛋白的层析分离为研究背景，选择广泛应用的离子交换层析、疏水作用层析以及新型的疏水性电荷诱导层析为突破口，一方面实验考察蛋白质层析分离行为，获得宏观分离现象的规律表征；另一方面利用蛋白质结构信息资源，构筑合理的模拟体系，进行蛋白质－介质间相互作用的分子模拟，获得相互作用的微观表征。在此基础上，综合考虑多方面影响因素，实现微观分子模拟计算和宏观分离行为的有效关联，既阐明分离过程的微观机理，又赋予分子模拟预测分离现象的功能。进一步利用分子模拟技术的高通量和虚拟设计特性，加强分离过程的可预见性，协助分离过程设计，指导新型介质开发。本项目融合多学科新成果，从分子水平加强层析分离过程中相互作用的系统认识，建立新方法，可以推广到其它生物分离过程，促进生物分离过程的合理设计。

围绕蛋白质层析分离中的分子相互作用，一方面从分子模拟入手，构建分子模拟方法，探讨配基－蛋白质间分子相互作用；另一方面从实验研究入手，制备系列层析分离介质，探讨蛋白质吸附性能；在此基础上，以免疫球蛋白为实际对象，探讨分离新方法，实现实验研究和分子模拟的有效关联，增进分子机制认识，指导分离过程设计和新型分离介质开发。主要成果包括三个方面：第一，分子模拟研究配基－蛋白质分子相互作用：针对层析分离过程的特点，结合分子对接和分子动力学模拟，构建了单一配基、固定化配基、配基网层层递进的分子模拟方法，从分子水平验证了疏水性电荷诱导层析（HCIC）和离子交换层析分离蛋白质的分子机制；探讨了配基结构、分布、密度、空间臂等对蛋白质结合的影响，为层析介质的优化设计提供指导。第二，新型层析介质制备和蛋白质吸附性能研究：针对生物分离的特点，进行了纤维素、琼脂糖、环糊精等微球基质的制备，形成了制备新方法；制备了不同孔径和配基密度的系列离子交换介质和新型HCIC介质，考察了模型蛋白的静态和动态吸附，探讨介质理化性质和蛋白吸附性能之间的量化关联，促进层析介质的优化设计。第三，分子模拟协助蛋白质层析分离的过程优化：以血液免疫球蛋白为典型对象，探HCIC分离新过程，形成IgG、IgY、IgY（delta-Fc）的高效分离新方法，单步层析分离的纯度达到90％以上；进一步利用分子模拟探讨了pH、添加盐、辛酸钠等对IgG结合和解离的影响，增进分子机制认识，促进分离工艺的合理优化。本项目研究对深入了解蛋白质层析分离中的分子相互作用、开发层析分离新介质以及构建抗体分离新方法等具有很好的指导和推广作用。