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By Yuqiong Xia2014
Analysis of Recombinant Proteins
Pharmaceutical Biotechnology
Keywords
2
Amino acid, α-helix, β-sheet, β-turn
Protein folding, refolding, denatured
Fluorescence, oligmeric, oligo-
Blotting, gel electrophoresis, chromatography
生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
Outline
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Protein structure Protein folding Protein stability Analytical techniques
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Amino acid生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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Primary structure生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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Nonpolar amino acids生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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Charged amino acids生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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Polar生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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G-CSF (granulocyte-colony stimulating factor)生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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Secondary structures
http://quizlet.com/13505003/amino-acids-carbohydrates-lipids-structure-and-trivia-flash-cards/
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α-helix
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Peptide NH and C=O groups have electric dipole moments Positive partial charge at N terminal and negative at C terminal
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Helical wheel of Erythropoietin
plot every 360o/3.6 = 100o around a circle
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β-sheet生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
β-turn and loop
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β-turn Proline and glycine
Short hairpin loops Link β-strands
Long loops hydrophilic
http://ww2.chemistry.gatech.edu/~lw26/structure/protein/secondary_structure/beta_turn/index.html
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Structure of G-SCF: predicted by software
alpha
betaturncoil
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Structure of G-SCF: predicted by software
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What impacts on protein folding The tendency of each
amino acid to form certain secondary structure
the hydrophobicity of their side chains
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Tertiary and Quaternary structures
http://www.umass.edu/molvis/workshop/imgs/protein-structure2.png
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Protein structure Protein folding Protein stability Analytical techniques
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Why protein refolding
http://web30.webbox300.server-home.net/789001/Uploaded/scil%7CProt_Fold_Protocols.jpg
Recombinant proteins are always aggregates!
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How to refold proteins
http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/section_21/9e024c11709a6bb80a04338d399c3a20.jpg
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2
1. Use detergent to dissolve proteins
2. Remove detergent
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How to refold proteins: for S-S
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Air oxidation Add glutathione (谷胱甘肽) (catalyst) Reduction and oxidation S-S reshuffling (重组)
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Refolding processes
http://www.tsinghua.edu.cn/publish/zhpyen/1181/20101212175322899680164/protein7.jpg
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How to refold more efficiently
http://www.nature.com/nature/journal/v487/n7407/full/487308a.html?WT.ec_id=NATURE-20120719http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Polyethylene_glycol.pnghttp://www.topsan.org/Proteins/JCSG/3g7p
Use chaperone(分子伴侣)
Use polyethylene glycol (PEG)
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Circular Dichroism
http://www.proteinchemist.com/cd/cd7.gif
α-helix 208 nm 222 nmβ-sheet 218 nm
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Fluorescent spectrum
http://www.rsc.org/ej/PP/2008/b804450n/b804450n-f5.gif
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Fourier transform infrared spectroscopies (FTIR)
http://www.shimadzu.com/an/industry/pharmaceuticallifescience/proteome0205005.htmhttp://www.lwgzs.com/read.php?tid=24152
β-sheet 1610-1640 cm-1
Random 1640-1650 cm-1
α-helix 1650-1658 cm-1
β-turn 1660-1700 cm-1
Bovine serum albumin
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X-ray crystallography
http://users.ba.cnr.it/ic/crisrc25/Protein_Crystallography.html
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How to know if protein is folded
T/oC
F FoldedUnfolded
Fluorescence
Unfolded
Folded
DSC
T/oC
ΔH
Folded
Unfolded
Inte
nsity
Sedimentation coefficient
Sedimentation velocity Unfolded
Folded
Inte
nsity
t/min
SEC/GPC
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How to determine if the protein is oligomeric
http://www.nanolytics.de/index.php?lg=en&main=biochemistry
dimer
monomer
Marker
“Gold standard”
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Protein structure Protein folding Protein stability Analytical techniques
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Chemical stability of proteinHydrolysis (CO-NH) Oxidation
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Physical stability of proteinNatural Denatured Denatured Aggregates
Lyophilize (freeze-dry) to increase the stability
Modified from http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/section_21/9e024c11709a6bb80a04338d399c3a20.jpghttp://www.baxterbiopharmasolutions.com/sterile-manufacturing-solutions/traditional-manufacturing/lyophilized-vials.html
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Protein structure Protein folding Protein stability Analytical techniques
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Blotting Techniques
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Western blotting Transfer proteins from gel to membrane
Emembrane
gel
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Blotting Techniques
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Detect Ag on membrane
Ag antigen
Ab antibodyB biotin
SA streptavidin
E enzyme
S substrate
P product
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ELISA(酶联免疫吸附法)
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Sandwich Ab-Ag-Ab
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Gel electrophoresis
https://ww2.chemistry.gatech.edu/~williams/bCourse_Information/4581/techniques/gel_elect/page_protein.html
SDS-PAGE Native gel
electrophoresis Blue native
electrophoresis
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2D Gel electrophoresis
http://en.wikibooks.org/wiki/Proteomics/Protein_Separations-_Electrophoresis/Two_Dimensional_Polyacrylamide_Gel_Electrophoresis(2D-PAGE)
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Capillary Electrophoresis
http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24330/apa.html
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Chromatography
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Measure the amount and purity of protein
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Size Exclusion Chromatography
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Separates proteins based on their size or molecular weight or shape
native protein
Aggregated
Degraded
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Ion Exchange Chromatography
http://www.reachdevices.com/Protein/ProteinPurification.html
Cation-Exchange Chromatography
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Bioassay
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Detect the bio-function of a protein
http://info2.gbiosciences.com/complete-bioassay-handbook
3H-T was used as probe
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Mass spectrometry
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Measure molecular weight of protein
Singly charged
doubly charged
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Summary
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Protein primary and secondary structure Protein refolding Analytic techniques: ELISA, ionic exchange
chromatography, 2D gel electrophoresis
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Homework I
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Can we perform the 2D electrophoresis by doing SDS-PAGE first and then IEF? Why?
Now we have a mixture of three proteins. They carry different amount of negative charges: -10 for protein A, -20 for protein B, and -30 for protein C. Please design a method to separate them.
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