離子交換色譜（IEX）是一種常用于生物分子純化的技術(shù)。它涉及到分子的電荷分離。

該技術(shù)利用了樣品中帶電分子與色譜基質(zhì)固定相中帶相反電荷部分之間的相互作用。這種類型的分離很難使用其他技術(shù)，因為電荷很容易由所用緩沖液的pH值控制。

兩種類型的離子交換分離是可能的-陽離子交換和陰離子交換。在陰離子交換中，固定相帶正電荷，而在陽離子交換中，固定相帶負(fù)電荷。

離子交換色譜原理

IEX色譜法用于分離帶電生物分子。含有帶電分子的粗樣品用作液相。當(dāng)它通過色譜柱時，分子結(jié)合到固定相中帶相反電荷的位置。

根據(jù)電荷分離的分子用不同離子強度的溶液洗脫。通過使這樣的溶液通過色譜柱，可以根據(jù)不同的電荷對分子進(jìn)行高度選擇性的分離。

技巧

離子交換色譜程序的關(guān)鍵步驟如下:

• -  在特定pH下，將不純的蛋白質(zhì)樣品裝入離子交換色譜柱。
• -  帶電荷的蛋白質(zhì)將與樹脂中帶相反電荷的官能團結(jié)合
• -  鹽梯度用于洗脫分離的蛋白質(zhì)。在低鹽濃度下，具有少數(shù)帶電基團的蛋白質(zhì)被洗脫，而在高鹽濃度下，具有多個帶電基團的蛋白質(zhì)被洗脫。
• -  不需要的蛋白質(zhì)和雜質(zhì)通過洗滌柱去除。

pH梯度也可用于根據(jù)蛋白質(zhì)的等電點（pI）洗脫單個蛋白質(zhì)，即蛋白質(zhì)中的氨基酸攜帶中性電荷，因此不會在電場中遷移。由于氨基酸是兩性離子化合物，它們含有帶正負(fù)電荷的基團。根據(jù)環(huán)境的pH值，蛋白質(zhì)帶正電荷、負(fù)電荷或零電荷。在其等電點，它們不會與柱樹脂中的帶電部分相互作用，因此被洗脫。降低pH梯度可用于使用陰離子交換樹脂洗脫蛋白質(zhì)，增加pH梯度可用于從陽離子交換樹脂洗脫蛋白質(zhì)。這是因為增加流動相的緩沖液pH值會導(dǎo)致蛋白質(zhì)質(zhì)子化程度降低（帶正電的減少），因此它無法與帶負(fù)電的樹脂形成離子相互作用，從而允許洗脫。相反，降低流動相的pH值將導(dǎo)致分子變得更質(zhì)子化（帶負(fù)電更少），從而允許其洗脫。

離子交換色譜中樹脂的選擇

離子交換樹脂具有與固體基質(zhì)共價連接的帶正電荷或負(fù)電荷的官能團。基質(zhì)通常由纖維素、聚苯乙烯、瓊脂糖和聚丙烯酰胺組成。影響樹脂選擇的因素有陰、陽離子交換劑、流速、弱離子交換劑或強離子交換劑、樹脂粒徑和結(jié)合能力。所關(guān)注的蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性決定了陰離子或陽離子交換劑的選擇——如果不考慮穩(wěn)定性，任何一種交換劑都可以使用。

離子交換色譜的應(yīng)用

離子交換是分離純化帶電生物分子如多肽、蛋白質(zhì)、多核苷酸和核酸的常用的色譜方法。它的廣泛適用性、高容量和簡單性以及高分辨率是其作為分離方法成功的關(guān)鍵原因。離子交換色譜法廣泛用于若干工業(yè)應(yīng)用，其中一些用途如下:

• -  血液成分如白蛋白、重組生長因子和酶的分離和純化。
• -  生物技術(shù). 質(zhì)量控制和過程監(jiān)測等分析應(yīng)用。
• -  食品和臨床研究——研究小麥品種及蛋白尿與不同腎臟疾 病的相關(guān)性。
• -  采用發(fā)酵-陽離子交換樹脂對半乳糖苷酶的發(fā)酵過程進(jìn)行了監(jiān)測。