金屬螯合親和層析（MCAC）是近30年來出現的一種親和層析技術，也稱固相化金屬離子親和層析。它於1975年首先被Porath和他的合作者們成功用於分離純化人血清蛋白。並在此後的三十年里迅速發展。該方法是利用蛋白質表面暴露的一些胺基酸殘基和載體之上的金屬離子之間的相互作用而進行的親和純化。它以配基簡單、吸附量大、分離條件溫和、通用性強等特點，逐漸成為分離純化蛋白質等生物工程產品最有效的技術之一。目前，對於MCAC的研究主要集中在新的金屬螯合基質的研究以及層析條件的最佳化等方面。另外，研究發現，MCAC不僅適於某些蛋白質、酶和胺基酸與肽的分離純化，也適用於能可逆螯合金屬離子的核苷酸、激素、抗體等物質的分離和純化。隨著對金屬螯合技術的進一步研究開發，其套用也必將越來越廣泛。本文將對金屬螯合親和層析的主要套用進行介紹和歸納
金屬螯合親和層析,金屬螯合親和層析用於生物分離純化,
金屬螯合親和層析
1．作用原理
固定化金屬螯合親和層析是建立在蛋白質表面的胺基酸與固定化金屬離子的親和力的不同來進行蛋白質分離的一項技術。過渡態金屬離子能夠與電子供體，如氮、硫、氧等原子以配位鍵結合，金屬離子上剩餘的空軌道是電子供體的配位點，當它在溶液中會被水分子或陰離子占據。然而，當蛋白質表面胺基酸殘基與金屬離子的結合力較強時，胺基酸殘基的供電原子就會與金屬離子結合形成複合物，取代原先結合的水分子或陰離子，這樣就能使蛋白質分子結合在固體表面。能與螯合反應的基團很多，例如胺基酸中的氨基和羧基，以及某些胺基酸側鏈基團含有孤對電子的活性原子，但是，由於蛋白質表面的胺基酸的種類、數量、位置和空間構象不同，因而具體使用時根據金屬配基的親和力大小不同，選擇不同的金屬配基加以分離純化。
2．優點及影響條件
MCAC在生物分子純化方面具有很多優點：(1)與蛋白結合力強，結合容量大，可用於工業生產，如採用MCAC吸附介質的擴張床吸附技術可從哺乳動物細胞培養粗提物中一步分離純化溶解性目標蛋白；(2)洗脫條件溫和，再生後配體恢復完全，一種MCAC樹脂可再生幾百次而不改變其層析特性；(3)價格便宜；(4)可通過改裝各種金屬離子，引入目標蛋白質最適宜的金屬離子進行不同蛋白質的純化。鑒於上述特點，使MCAC適用於某些蛋白質、酶、胺基酸及肽的分離純化以及可逆螯合金屬 離子的核苷酸、激素、抗體等物質的分離和純化。
影響MCAC蛋白純化效果有很多，但其中洗脫條件是主要因素，包括洗脫液pH、組成及離子強度。其中pH通過質子改變金屬配體的負電性及胺基酸殘基上的質子化程度而進行洗脫效果的調節。洗脫液的組成可改變的範圍較廣，多種途徑共同調節著純化效果。
金屬螯合親和層析用於生物分離純化
1．用於分離純化變性蛋白
MCAC特別適合分離純化變性蛋白，尤其是帶6個組氨酸標籤的重組蛋白。這種基因工程蛋白與料液中的其他蛋白質相比,對金屬離子有更高的特異性，在分離純化後再用化學法或酶法將標籤切掉，從而得到目標蛋白。這種方法廣泛套用於大腸桿菌表達包涵體蛋白質的分離及純化，是分離純化生物工程蛋白質產品最有效的工具之一。Ueda等套用 N 親和層析並結合分子篩層析，分離純化了大腸桿菌表達的人催乳素，經鑑定分析，純度達到99.5%，經Nb2細胞增殖活性分析，該重組蛋白的生物活性達40.9 IU/mg。
2．用於純化酶
MCAC優越的性能使它在酶的純化方面也有廣泛套用，特別是在超氧化物歧化酶(SOD)的純化方面。超氧化物歧化酶是機體內超氧自由基的天然清除劑，是一種廣泛存在於動植物和微生物中的金屬酶，有廣泛的套用，具有重要的理論及實用價值。研製開發重組人超氧化物歧化酶不僅可解決人源SOD的材料來源有限和因血制污染而帶來的安全性問題 ，而且可避免異源SOD在臨床套用時可能出現的免疫性過敏反應。所以有必要建立簡便有效的純化方法，來獲得較高純度的SOD。通過MCAC法，SOD中所含相對較多的組氨酸上的咪唑基可與螯合柱上金屬離子特異結合，通過特殊洗脫而分離純化。
3．用於蛋白質的分析
金屬螯合親和層析可用於蛋白質的分析鑑定。Jiang等通過金屬螯合親和層析結合金屬離子親和毛細管電泳技術(IMACE)對糖基化導致13t一胰凝乳蛋白酶結構變化進行了研究，證明糖基化作用產生兩個截然不同的蛋白質，他們對金屬離子的親和性完全相反。
MCAC還可用於磷酸化蛋白分析。蛋白質的磷酸化和去磷酸化是生命體代謝調控的重要機制，它能引起結構的變化，從而進行傳遞信息。在進行蛋白質的結構與功能分析時，區分磷酸化和未磷酸化的蛋白是十分有益的。已發現MCAC能鑑定磷酸化的蛋白，尤其是 Fe3-MCAC已被用來選擇性純化和濃縮磷酸化的蛋白和多肽 。
MCAC與重組技術相結合可以使帶六聚組氨酸的蛋白質固定在基質上，從而為研究蛋白質的相互作用開闢了新的途徑。如Celia等用Ni負載的金屬螯合脂質定向膜捕獲組氨酸標記的MHC分子，再通過表面電漿共振技術考察它們對 T細胞受體的結合。錨定蛋白質的NTA組氨酸標記體系也可被用來通過原子力顯微鏡測量受體一配體在單分子水平上的結合力。
4．用於蛋白質的復性
金屬螯合親和層析用於蛋白質的復性在基因工程技術中，表達的重組蛋白多以包涵體形式存在蛋白質經常會錯誤摺疊而損失活性，這一難題長久以來都沒有得到很好的解決。高濃度的變性劑可以溶解包涵體，然後控制變性劑除去的速度，有時需要添加適當的氧化/還原試劑，蛋白質可以逐步摺疊復性。通常使用的復性方法有三種，分別是稀釋復性，透析復性和層析復性。其中稀釋復性和透析復性過程中會有大量無活性蛋白質聚集體形成，而金屬螯合親和層析復性中，蛋白質能可逆吸附在固相介質上，可避免伸展的多肽分子之間形成聚集體。
5．其他領域的套用
過渡金屬親和吸附蛋白的特性也成功套用在生物感測器和蛋白質晶片領域。Zhu等提到了將帶有6個組氨酸的蛋白質固定於鍍鎳的玻璃板上，得到了比常規醛處理表面更高質量的蛋白質晶片。在酵母的蛋白質組學研究中，通過克隆表達5800個開放閱讀框，將相應的蛋白質純化後固定於鍍鎳板上可以篩選能與磷脂相互作用的蛋白質，套用這種技術鑑定了許多新的可與鈣和磷脂相互作用的蛋白質。
