蛋白质疏水电荷诱导色谱置换剂的多尺度分子设计

疏水电荷诱导置换色谱是基于疏水电荷诱导色谱（HCIC）的置换色谱模式，具有高容量、高分辨率、易于介质再生和盐浓度操作范围宽等优点，具有广阔的应用前景。但置换剂是制约置换色谱发展的核心问题，目前尚无有效的置换剂设计理论和方法。针对此关键问题，本项目以建立HCIC置换剂的多尺度分子设计方法为目标，利用分子对接、分子动力学模拟、微观检测和宏观色谱实验等方法开展系统研究，在分子尺度上展示置换剂－配基－蛋白质之间相互作用的分子机理，探索置换剂设计的关键因素及其影响规律；在微观尺度上展示单粒子置换色谱过程，揭示置换色谱的微观机理；在宏观尺度上研究置换剂的实际分离效能及其影响因素，建立完整的HCIC置换剂的多尺度分子设计方法，进行高效置换剂的开发设计并应用于蛋白质的置换色谱分离纯化。本研究所建立的方法和理论不仅可推进基于HCIC的置换色谱发展，对其他置换色谱模式的发展和应用也将具有重要指导意义。

疏水电荷诱导置换色谱是基于疏水电荷诱导色谱（HCIC）的置换色谱模式，具有高容量、高分辨率、易于介质再生和盐浓度操作范围宽等优点，应用前景广阔。但置换剂是制约置换色谱发展的核心问题。本项目以建立HCIC置换剂的筛选方法为目标，开展了置换色谱过程的多尺度研究。首先利用分子动力学模拟研究了蛋白质表面吸附和解离行为，包括配基密度、配基分布和溶液条件等因素的影响。同时，构建了蛋白质的HCIC置换色谱的粗粒化模型，修正了力场参数，为介质表面理性设计和操作参数优化奠定了基础；进而建立了基于置换剂-固定化配基分子对接的置换剂虚拟筛选方法，以5-氨基吲哚为目标配基，从1800余种化合物中筛选得到了多种潜在置换剂，并利用激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)在微观尺度上研究单粒子HCIC置换色谱过程，揭示了置换剂和蛋白质吸附作用和传质动力学影响置换色谱行为的微观机理；最后，利用CLSM研究了双组分蛋白质置换色谱的动态过程，在粒子水平上证明诱导盐浓度效应的存在，揭示了共吸附组分性质对等速置换列的显著影响。本项目研究成果对高效置换剂开发和蛋白质置换色谱发展具有重要理论意义。成果发表学术论文18篇，其中SCI收录17篇。