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蛋白质提取实验中会用到哪些酶类,各自的作用是什么 一文看懂“破壁酶+去核酸酶”的分工与选型

蛋白质提取实验中会用到哪些酶类,各自的作用是什么 一文看懂“破壁酶+去核酸酶”的分工与选型

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2026-10-23

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导读

蛋白质提取是Western blot(WB)蛋白免疫印迹、蛋白纯化、质谱蛋白组学等研究的第一道工序,目标蛋白能否“完整、纯净、高效”地被释放出来,直接决定后续实验的成败。真正高质量的蛋白提取,常常需要一组酶的“协同助攻”:有的撕开细胞壁的物理屏障,有的清除核酸污染、降低裂解液黏度,还有的保护目标蛋白不被降解。跟着我们,系统梳理蛋白质提取中会用到的酶类及其作用。

PART01
为什么蛋白质提取离不开酶类“助攻”

不同来源样本的细胞结构差异巨大:细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,酵母和真菌细胞壁富含β-葡聚糖、几丁质等,植物细胞壁以纤维素、半纤维素和果胶为主,动物组织则由胶原等结缔组织把细胞“黏合”在一起。这些结构仅靠机械破碎或去污剂往往难以彻底瓦解,导致蛋白释放不完全、得率偏低。

与此同时,细胞一旦破裂,释放出的基因组DNA和RNA会使裂解液变得极度黏稠——不仅让离心难以澄清、层析柱压力升高,核酸还会干扰后续的蛋白定量、SDS-PAGE电泳和免疫沉淀(IP)等检测;同时,细胞中富含的内源性蛋白酶会在提取过程中降解目标蛋白。

因此,蛋白质提取中的酶类方案可分为三大类:细胞壁/细胞膜破壁酶类、核酸降解酶类,以及保护目标蛋白的配套试剂。下面逐一展开。

PART02
细胞壁与细胞膜破壁酶类
1、溶菌酶(Lysozyme)

溶菌酶是细菌蛋白提取中最经典的破壁酶。它通过水解肽聚糖中N-乙酰胞壁酸(NAM)与N-乙酰葡糖胺(NAG)之间的β-1,4糖苷键,使细胞壁降解破裂、内容物释放。肽聚糖层厚实的革兰氏阳性菌对溶菌酶高度敏感;革兰氏阴性菌外层还有一层外膜,通常需要EDTA或去污剂配合才能充分暴露肽聚糖层。

实践中有两类溶菌酶常用:从鸡蛋清提取的天然溶菌酶和重组表达的高活性溶菌酶,如重组T4溶菌酶——它由T4噬菌体基因E编码的胞壁质水解酶重组表达而来,活性可达鸡蛋清溶菌酶的数百倍,用量小、裂解快,且无动物源成分、无RNase/DNase残留,提取物可直接用于SDS-PAGE、WB、活性测定与亲和纯化,适合大肠杆菌可溶性蛋白与膜蛋白提取。

2、溶壁酶(Lyticase)与蜗牛酶(Snailase)

酵母、真菌的细胞壁不含肽聚糖,溶菌酶对其无效,需要改用β-1,3-葡聚糖酶类。溶壁酶(Lyticase,又称Zymolyase)通过水解细胞壁β-1,3-葡聚糖骨架,配合渗透压缓冲液即可温和制备原生质体、释放胞内蛋白,是酿酒酵母、毕赤酵母等真核微生物蛋白提取的常用工具。蜗牛酶(Snailase)则取自蜗牛消化液,是纤维素酶、果胶酶、几丁质酶、β-葡聚糖酶等多种酶的复合物,广谱适用于酵母及丝状真菌。

3、纤维素酶与果胶酶(植物样本)

植物细胞壁以纤维素为主,胞间层富含果胶。纤维素酶水解纤维素的β-1,4糖苷键,果胶酶降解果胶,二者配合可在研磨、匀浆基础上进一步瓦解细胞壁结构,显著提高叶片、果实、种子等植物样本的蛋白释放效率。

4、胶原酶与胰蛋白酶(动物组织样本)

动物组织蛋白提取前常需将组织块解离为细胞悬液。胶原酶能特异降解细胞间质中的胶原纤维,温和消化结缔组织;胰蛋白酶作为丝氨酸蛋白酶,特异性切割赖氨酸(Lys)与精氨酸(Arg)羧基端的肽键,常用于贴壁细胞与组织的解离。注意:胰蛋白酶本身也能降解目标蛋白,须严格控制消化时间与浓度,并及时加入蛋白酶抑制剂终止反应。

PART03
细胞壁与细胞膜破壁酶类
1、全能核酸酶(Benzonase/UltraNuclease)

全能核酸酶源自粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens),经基因工程改造为非特异性核酸内切酶,可在任意核苷酸位点切割,将双链、单链、线性、环状等各种形式的DNA和RNA彻底消化为3~5个碱基的5'-单磷酸寡核苷酸。它是降低裂解液黏度、去除核酸污染的首选:加入微量即可使黏稠的裂解物快速“液化”,离心澄清度显著提升、层析流速加快,并消除核酸对2D电泳、IP、WB的干扰。该酶兼容6 M尿素、0.1% SDS、1 mM EDTA等严苛条件,反应依赖Mg²⁺,另有GMP级及耐高盐版本可选。

2、DNase I(脱氧核糖核酸酶I)

DNase I是依赖Ca²⁺/Mg²⁺的内切酶,可将单链、双链DNA水解为含5'-磷酸末端的寡核苷酸。当机械破碎(超声、匀浆)后DNA碎片化不充分时,加入DNase I可进一步降解DNA、降低黏度,消除其对蛋白定量与电泳的干扰。DNase I有牛胰腺来源与重组(RNase-free)来源两种:前者经济,后者无RNase残留,适合对RNase敏感的样品。

3、RNase A(核糖核酸酶A)

RNase A是一种极为稳定的内切核糖核酸酶,特异性切割嘧啶核苷酸3'端磷酸二酯键,在高温(100 ℃,15 min)下仍保持活性,因此可在“煮沸灭活DNase”的操作中“幸存”,单独用于去除蛋白样品中的RNA污染。选择时应优先使用经质检确认无DNase残留的产品。

PART04
蛋白保护与辅助类
1、蛋白酶K(Proteinase K)的选择性应用

蛋白酶K是源自林伯氏白色念球菌(Tritirachium album)的广谱丝氨酸蛋白酶,可切割脂肪族与芳香族氨基酸羧基端的肽键,且在1% SDS、尿素等变性剂中活性反而增强。在蛋白质研究中,蛋白酶K多用于“反向”场景——如去除样品中的杂蛋白、宿主核酸酶或内毒素相关蛋白,为后续分析提供干净的底物。需要说明:当目标是提取并保留特定蛋白时,应改用蛋白酶抑制剂保护蛋白,而非使用蛋白酶K。

2、蛋白酶抑制剂:酶法方案的“最佳搭档”

细胞裂解后释放的大量内源性蛋白酶(丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、氨肽酶、酸性蛋白酶等)是目标蛋白的最大威胁。蛋白酶抑制剂Cocktail是多种抑制剂的混合物,如AEBSF、Aprotinin、Bestatin、E-64、Leupeptin、Pepstatin A等,可广谱抑制各类蛋白酶;选择EDTA-free版本可避免螯合金属离子,兼容IMAC镍柱纯化与天然蛋白活性研究,研究磷酸化蛋白时再配合磷酸酶抑制剂。严格来说蛋白酶抑制剂并非“酶类”,但它是完整酶法方案中不可或缺的一环——“破壁酶负责释放、核酸酶负责清理、抑制剂负责守护”。

PART05
蛋白质提取酶类速查表

表1 蛋白质提取常用酶类速查

酶类

作用对象

适用样本

核心作用

注意事项

溶菌酶

肽聚糖β-1,4糖苷键

细菌

破坏细胞壁、释放蛋白

革兰氏阴性菌需EDTA/去污剂配合

溶壁酶(Lyticase)

β-1,3-葡聚糖

酵母/真菌

温和破壁

需渗透压缓冲液

蜗牛酶(Snailase)

葡聚糖、几丁质等

酵母/丝状真菌

复合破壁

广谱但用量偏大

纤维素酶/果胶酶

纤维素/果胶

植物组织

降解细胞壁与胞间层

常与研磨结合使用

胶原酶

胶原纤维

动物组织

组织解离

反应温和

胰蛋白酶

Lys/Arg羧基端

动物组织/细胞

细胞解离

需严格控制时间并终止

全能核酸酶

各种DNA/RNA

各类裂解液

降黏度、去核酸

需Mg²⁺

DNase I

单/双链DNA

蛋白制备物

去DNA污染

依赖Ca²⁺/Mg²⁺

RNase A

RNA

蛋白制备物

去RNA污染

耐热、需无DNase残留

蛋白酶K

蛋白

特殊前处理

去杂蛋白/宿主酶

目标蛋白提取慎用

蛋白酶抑制剂Cocktail

内源性蛋白酶

各类裂解液

保护目标蛋白

按1:100或片剂说明书使用

PART06
蛋白质提取酶类速查表

蛋白提取的酶类选型并不复杂:先看样本来源选择破壁酶,再按下游需求搭配核酸酶,最后务必加入蛋白酶抑制剂。翌圣生物科技(上海)股份有限公司提供从破壁酶、核酸酶到蛋白酶抑制剂的一站式产品组合,助力获得“高得率、高纯度、高活性”的蛋白样品。

表2 翌圣生物蛋白提取相关酶类产品推荐

产品类型

产品名称

产品货号

应用要点

溶菌酶(鸡蛋清)

Lysozyme

10402ES

细菌破壁,经济适用

重组T4溶菌酶

T4 Lysozyme(1 mg/mL)

14814ES

高效裂解,SDS-PAGE/WB兼容

溶壁酶

Lyticase(10 U/μL)

10403ES

酵母破壁

蜗牛酶

Snailase

10404ES

酵母/真菌复合破壁

全能核酸酶

UCF.ME® UltraNuclease(同Benzonase)

20156ES

降黏度、去核酸污染

DNase I

DNase I from bovine pancreas

10607ES/10608ES

蛋白制备物去DNA

重组DNase I

Recombinant DNase I(RNase-free)

10325ES

无RNase残留,敏感样品适用

RNase A

Ribonuclease A

10407ES

去除RNA污染

蛋白酶K

Proteinase K

10401ES

杂蛋白/宿主酶去除

蛋白酶抑制剂Cocktail

InStab™ Protease Cocktail

20123ES/20124ES

广谱保护目标蛋白

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