способ получения цитохрома с

Формула изобретения

1. Способ получения цитохрома С, включающий обезжиривание сердец свиней, крупного рогатого скота или лошадей, удаление из них связок и сосудов, измельчение и экстракцию 2,5% раствором кислоты трихлоруксусной при температуре 10-15°C, при pH 3,9-4,2, отделение экстракта от фарша, сорбцию и элюцию на катионите, удаление балластных белков, концентрирование и очистку диафильтрацией и ультрафильтрацией до полного удаления ионов сульфата аммония, отличающийся тем, что сорбцию целевого продукта проводят непосредственно из отфильтрованного экстракта при pH экстракта на катионите Nuvia S, уравновешенном дистиллированной водой, после завершения сорбции катионит промывают дистиллированной водой, балластные белки удаляют с катионита Nuvia S 0,075 М аммиачно-аммонийным буферным раствором рН 10,5 и затем проводят элюцию цитохрома C с катионита Nuvia S раствором сульфата аммония с концентрацией 0,25 М.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку цитохрома С от ионов сульфата аммония проводят диафильтрацией в тангенциальном потоке через мембраны с пределом исключения по молекулярной массе 5 кДа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование цитохрома С проводят ультрафильтрацией в тангенциальном потоке через мембраны с пределом исключения по молекулярной массе 5 кДа.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к биотехнологии, к области получения лекарственных белковых препаратов, а именно к способу получения цитохрома С из мышц сердца млекопитающих - свиней, крупного рогатого скота и лошадей.

Цитохром С представляет собой фермент с молекулярной массой около 12700 Да, в качестве простетической группы содержит гематом железа, катализирует окислительно-восстановительные реакции и служит переносчиком электронов (Ю.А. Овчинников. Биоорганическая химия. М.: Химия, 1987, с.815).

Цитохром С широко используется в медицине и ветеринарии в качестве лекарственного препарата, а также в виде реактива в биохимии и биотехнологии.

Изобретение может использоваться при получении цитохрома С в промышленных масштабах.

Цитохром С может быть выделен из разнообразных видов природного сырья: дрожжей, риса, мышц сердца млекопитающих (лошадей, крупного рогатого скота, свиней, собак, кроликов, человека), птиц (голубей, пингвинов), сердец лососевых и других. Известны способы получения цитохрома С, включающие выделение из мышц сердца млекопитающих, предпочтительно крупного рогатого скота, путем экстракции и сорбционной очистки экстракта с использованием алюмосиликата магния (F. Okumura and al. Chem. Soc. Japan. V.49, № 1, p.65, 1975) или карбоксильных катионитов типа Амберлит ХЕ - 64 (В. Hagihara and al. J. Biochem. V. 45, № 8, p.551, 1975) и КМДМ (Л.К. Шатаева, H.H. Кузнецова, Г.Э. Елькин. Карбоксильные катиониты в биологии. Л.: Наука, 1979, с.285).

Данные сорбенты характеризуются малой емкостью и сложностью при промышленном применении, особенно карбоксильных катионитов из-за разницы в степени набухания в H⁺ и Na⁺-форме.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения цитохрома С из мышц сердца млекопитающих - свиней, крупного рогатого скота и лошадей (Патент RU 2435597, опубл. 10.12.2011, бюл. № 34), включающий обезжиривание сердец свиней крупного рогатого скота или лошадей, удаление из них связок и сосудов, измельчение и экстракцию 2,5% раствором кислоты трихлоруксусной при температуре 10-15°C, при pH 3,9-4,2, отделение экстракта от фарша. Сорбцию целевого продукта проводят непосредственно из отфильтрованного экстракта при pH экстракта на катионите UNOsphere S, уравновешенном стартовым буферным раствором, содержащий 2 мМ лимонной кислоты и 1,5 мМ трис (трис (гидроксиметил) аминометан) при pH 3,9-4,2, после завершения сорбции катионит промывают стартовым буферным раствором, балластные белки удаляют с катионита UNOsphere S 80 мМ раствором трис и затем проводят элюцию цитохрома С раствором сульфата аммония с концентрацией 0,3 М, после стадии элюции осуществляют осаждение балластных белков путем добавления сухого сульфата аммония из расчета 0,270 гмл.

В прототипе используют катионит UNOsphere S (UNOsphere Polymer Technology, производства «Bio-Rad» USA) - имеющий в качестве функциональных групп - SO₃ -группы.

Недостатком указанного способа получения цитохрома С является невысокая степень чистоты цитохрома С, показатель чистоты (E₅₅₀₂₈₀) цитохрома С в элюате (отношение экстинкции раствора цитохрома С при длине волны 550 нм и раствора цитохрома С при длине волны 280 нм) составляет 0,92-0,93, что требует для осаждения балластных белков из элюата использование повышенного количества сульфата аммония (0,27 гмл), также к существенным недостаткам указанного способа получения цитохрома С является использование растворов, в состав которых входят дорогостоящие реактивы, такие как лимонная кислота и трис(гидроксиметил) аминометан. Вышеуказанные недостатки значительно сокращают эффективность и экономичность технологического процесса.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения цитохрома С из экстракта с использованием катионитов нового поколения, обеспечивающих высокую емкость сорбции и обратимость сорбции с применением недорогих реактивов, обеспечивающих высокую степень чистоты целевого продукта, что делает их наиболее предпочтительными при использовании в промышленных масштабах.

Техническим результатом настоящего изобретения является: увеличение емкости по целевому продукту, повышение степени чистоты цитохрома С, сокращение технологического процесса.

Согласно настоящему изобретению предложен сорбционный способ получения цитохрома С из экстракта с использованием катионита нового поколения Nuvia S (Nigh - Capacity Cation Exchange Media, производства «Bio-Rad» USA) - содержащий в качестве функциональных групп - сульфогруппы. На заключительных стадиях получения цитохрома С применяют диафильтрацию (для удаления ионов сульфата аммония) и ультрафильтрацию (для концентрирования цитохрома С) в тангенциальном потоке на мембранах с пределом исключения по молекулярной массе 5 кДа фирмы Millipore или Sartorius.

Для достижения указанного технического результата предложен способ, который включает в себя следующие стадии:

Из сердец свиней, крупного рогатого скота или лошадей после обезжиривания и удаления из них связок, сосудов, путем измельчения получают фарш. Полученный фарш экстрагируют 2,5% раствором кислоты трихлоруксусной при температуре 10-15°C, при pH 3,9-4,2. После отделения от фарша непосредственно ведут сорбцию целевого продукта из отфильтрованного экстракта на катионите Nuvia S, катионит предварительно уравновешивают дистиллированной водой. После завершения сорбции катионит Nuvia S промывают дистиллированной водой. Удаление балластных белков с колонки проводят 0,075 М аммиачно-аммонийным буферным раствором pH=10,5. Элюцию цитохрома C с катионита Nuvia S проводят раствором сульфата аммония с концентрацией 0,25 М. Для отделения цитохрома С от сульфата аммония проводят диафильтрацию в тангенциальном потоке на мембранах с пределом исключения 5 кДа, на этих же мембранах ультрафильтрацией осуществляют концентрирование цитохрома С.

Для уравновешивания и промывки колонки наиболее оптимальной является дистиллированная вода. Для удаления балластных белков с катионита оптимальным является 0,075 М аммиачно-аммонийный буферный раствор pH=10,5, при более низких концентрациях и pH буферного раствора не полностью вымываются балластные белки, более высокие концентрации и pH не оказывают существенного влияния на количество удаленных балластных белков. Для элюции цитохрома C с катионита наиболее оптимальным является раствор сульфата аммония с концентрацией 0,25 М, низкие концентрации сульфата аммония не полностью элюируют целевой продукт с катионита, при более высоких концентрациях с катионита частично элюируются примесные белки, что существенно снижает степень чистоты целевого продукта.

Использование катионита Nuvia S позволяет непосредственно вести сорбцию цитохрома С из экстракта (при pH экстракта), использовать меньший объем катионита за счет большей его емкости, существенно повысить степень чистоты цитохрома С. Повышение степени чистоты цитохрома С на стадии десорбции с катионита Nuvia S делает возможным исключение стадии осаждения балластных белков, что значительно повышает эффективность и экономичность технологического процесса как за счет уменьшения расхода реактивов, так и за счет сокращения времени проведения процесса.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

2,6 кг фарша, полученного из сердечных мышц свиней после удаления сосудов, связок и измельчения, отмывают водой от остатков крови, экстрагируют 2,5% кислоты трихлоруксусной. Экстракцию ведут 2 ч при 10-15°C. Экстракт отделяют от исходного сырья фильтрованием через ватно-марлевый фильтр с последующим центрифугирование при n=3000 обмин в течение 10 мин. pH полученного экстракта 4,1. Всего получают 2750 мл экстракта. Полученный экстракт пропускают через катионит Nuvia S, уравновешенным дистиллированной водой. Объем колонки 49 мл (диаметр 2,5 см, высота слоя сорбента 3,8 см, количество сорбента 19 мл). Сорбцию ведут при скорости пропускания раствора 2240 мл/ч. Время сорбции около 1,2 ч. Затем катионит Nuvia S промывают 200 мл дистиллированной воды. Время промывки 0,09 ч. Для удаление балластных белков с колонки пропускают 400 мл 0,075 М аммиачно-аммонийный буферный раствор pH=10,5 при скорости 750 млчас. Время промывки 0,53 ч.

Элюцию цитохрома С проводят раствором сульфата аммония с концентрацией 0,25 М. Скорость подачи элюирующего раствора 75 мл/ч. Время элюции 0,5 ч. Элюат отбирают фракциями. Фракции, окрашенные в красный цвет, объединяют. Объем фракций около 25 мл. Показатель чистоты цитохрома С (E₅₅₀₂₈₀) составляет 1,15. Выход 245 мг цитохрома С или 94,6 мгкг исходного сырья.

Пример 2.

Выполняется в условиях примера 1. Для отделения цитохрома С от ионов сульфата аммония проводят диафильтрацию. Для этого раствор цитохрома С в количестве 125 мл (объединенные фракции 5^х загрузок) пропускают на ультрафильтрационной установке в режиме диафильтрации в тангенциальном потоке через мембраны фирмы Millipore (кассета типа Pellicon XL) или Sartorius (кассета типа Vivaflow 50) с пределом исключения по молекулярной массе 5 кДа. Собирают 135 мл раствора, содержащий целевой продукт.

Показатель чистоты цитохрома С (E₅₅₀₂₈₀ ) - 1,24. Выход 232 мг цитохрома С или 89,2 мгкг исходного сырья (в пересчете на одну загрузку).

Пример 3.

Выполняется в условиях примера 1 и 2. Цитохром С после диафильтрации концентрируют методом ультрафильтрации. 135 мл раствор цитохрома С (объединенные фракции 5^x загрузок после диафильтрации) пропускают на ультрафильтрационной установке в тангенциальном потоке через мембраны фирмы Millipore (кассета типа Pellicon XL) или Sartorius (кассета типа Vivaflow 50) с пределом исключения по молекулярной массе 5 кДа. Получают 45 мл раствора, содержащий целевой продукт.

Показатель чистоты цитохрома С (E₅₅₀₂₈₀) - 1,26. Выход 225,7 мг цитохрома С или 86,8 мгкг исходного сырья (в пересчете на одну загрузку).

Примеры 4-9 по стадиям выполнены в условиях примера 1, 2 и 3. Все экспериментальные данные представлены в таблице.

При этом индекс А означает сырье из сердечных мышц свиньи по примеру 1, 2 и 3;

Б - сырье из сердечных мышц крупного рогатого скота; В - сырье из сердечных мышц лошади.