蛋白纯化室里的“反直觉迷宫”:为什么分子筛柱子里总是大胖子先跑出来?
1959 年 7月4日 · Sephadex / Superdex 凝胶过滤层析柱(分子筛)与脱盐柱
你知道吗?
在分子筛的微观高速路上,大胖子因为挤不进路边的便利店大门只能一路狂奔到底,小个子却因为每家店都要钻进去逛一圈而彻底迟到。
每一个刚进结构生物学实验室纯化蛋白的师弟师妹,在第一次跑凝胶过滤层析(Size-Exclusion Chromatography,俗称分子筛)时都会陷入深深的自我怀疑:按常理说,跑琼脂糖胶和 SDS-PAGE 时都是小分子跑得快、大分子卡在网格里跑得慢;怎么一上 Sephadex / Superdex 分子筛柱子,反而是分子量几十万道尔顿的“超级大胖子”最先从柱底流出来,而像无机盐、咪唑这种芝麻大的小分子却磨磨蹭蹭最后一个出来?
1959 年 7 月 4 日,瑞典乌普萨拉大学的 Jerker Porath 与法玛西亚(Pharmacia,现 Cytiva)的 Per Flodin 在《Nature》发表了交联葡聚糖凝胶 Sephadex(名字取自 Separation + Pharmacia + Dextran)的创世论文。
原来,分子筛柱子里塞满的不是实心珠子,而是布满纳米级蜂窝迷宫的“空心多孔海绵球”!当混合液流过柱子时,体型硕大的蛋白质连微孔的大门都挤不进去,只能顺着珠子与珠子之间的外围宽阔缝隙(外水体积 )一路狂飙直奔出口;而体型娇小的小分子和盐离子,却会被冲进每一颗珠子内部九曲十八弯的纳米孔道里“逛街迷路”,把所有珠子的内孔全逛遍了才能慢吞吞地流出来!