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羧肽酶 B (EC 3.4.17.2) 專一用于蛋白質 C-末端堿性氨基酸(賴氨酸、精氨酸、組氨酸)的水解;又稱為肽酰-L-賴氨酸(L-精氨酸)水解酶;精蛋白酶。分子量為 35kD,等電點為 6.0,zui適 pH 為 7-9。羧肽酶 B 是抗體堿性峰檢測的特異酶,通過比較酶切前和酶切后的圖譜來計算抗體堿性變體的比例,對于抗體的發酵工藝和純化工藝穩定性的控制都具有重要的意義。
而在抗體堿性峰的檢測中,沒有*統一的標準,如酶解緩沖液酶的用量,酶解時的溫度和時間等。而這些與酶的性質密切相關。
可以選擇的羧肽酶 B 有兩種,一種是動物胰腺提取的羧肽酶 B,一種是基因工程的重組羧肽酶 B,前者由于胰腺中含有各種蛋白酶,如胰蛋白酶、糜蛋白酶等,常常不能*去除,在酶切時會有非特異的酶切雜峰出現,影響結果判斷。后者為基因工程生產的,成分單一,無雜酶,比活高,應用上更有優勢。
羧肽酶 B 的結構
天然存在的羧肽酶 B 是由前羧肽酶原 B(preprocarboxypeptidase B,preproCPB)經酶解產生,后者 N-末端包含 108 個氨基酸(其中 13 個氨基酸為信號肽序列,95 個氨基酸組成前導肽部分)的多肽片段與 CPB 相連。前羧肽酶原 B 在轉運到內質網的過程中,信號肽被切掉,得到無酶活性的羧肽酶原 B(procarboxypeptiedase B, proCPB)并從細胞中分泌出來,zui終在小腸中經胰蛋白酶在 Arg-95 處酶解,成為具蛋白酶活性的 CPB。proCPB 的分子量為 46kD,由 401 個氨基酸組成;CPB 分子量為 35kD,由 306 個氨基酸組成(如圖 1)。在CPB 中,前體的活化主要依賴胰蛋白酶在 Arg95 位的切割,半球形前導肽被切割后,它既不會抑制酶體,也不再與之結合,這使得酶體能迅速發揮功能,并對前導肽 C-端的 Arg 進行切割。
圖 1 羧肽酶原 B 的三維結構及其激活部位示意圖
(上面暗紅色部分代表前肽,下面藍色部分代表羧肽酶 B,箭頭所指為胰蛋白酶酶切激活位點)羧肽酶 B 的性質取重組羧肽酶 B 凍干粉,純度見圖 2。研究了重組羧肽酶 B 的zui適 pH,zui適溫度,pH 穩定性及溫度穩定性,對于 CPB 的使用起到指導作用。同時做了溶液的反復凍融穩定性,對于 CPB 酶液的儲存和使用起到指導作用。
圖 2 純化后重組羧肽酶 B 的電泳分析
1、羧肽酶 B 的 pH 穩定性
將純的重組羧肽酶 B 用純水溶解為 10 mg/ml,之后用以下緩沖液稀釋使酶液的終濃度為 1 mg/mL,pH 分別為 3.0、4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10.0、11.0、12.0, 25℃ 孵育 12 h 后測活。結果見圖 3(左)。
2、羧肽酶 B 的zui適 pH
測定 rCPB 純酶液濃度為 1 mg/mL, 在不同 pH 條件下的催化速率,底物濃度為 0.1 mM/L,pH 分別為 3.0、4.0、5.0、6.0、6.5、7.0、7.5、7.65、8.0、8.5、9.0、10.0、11.0、12.0,pH3.0-5.0 用 50 mMNaAc-HAc 緩沖液配制,pH6.0-7.0 用 50 mMKPB 磷酸鹽緩沖液配制,pH7.5-8.5 用 50 mM Tris-HCl 緩沖液配制,pH9.0-12.0用 50 mM Gly-NaOH 緩沖液配制。結果見圖 3(右)。
圖 3 rCPB 酶液的 pH 穩定性(左)和zui適反應 pH(右)CPB 在 pH7.0-9.0 緩沖液中穩定,25℃ 孵育 12 h 無活性損失;zui適 pH 表明,在 pH7.6 活性zui大,在 pH7.5-pH8.5 活性均可以。在 pH≤7 和 pH≥10 時,基本無活性。
3、羧肽酶 B 的溫度穩定性
將 rCPB 酶液配成濃度為 1 mg/mL,置于 4℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃ 條件下,每個溫度三個平行,時間定為 15 min、30 min、1 h、2 h、4 h、8 h、20 h 分別取樣測定其活性,以初始時酶活定為 100%,以殘余酶活百分比表示測定結果。
4、羧肽酶 B 的zui適催化溫度
在不同溫度下恒溫水浴測活底物,使底物的溫度分別為 4℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃,取適量 rCPB 純酶液,測定活力。以 254nm 吸光值 OD254 為縱坐標,時間為橫坐標,結果表示見圖 4(右)。
圖 4 rCPB 酶液的溫度穩定性(左)和zui適催化溫度(右)CPB 在 40℃ 以下保溫 10 h,均活性穩定。zui適催化溫度顯示,在 3 min 內,40℃以下均可保持良好的線性,其中,以 25℃ 為*。
5、羧肽酶 B 酶液的反復凍融穩定性
將 rCPB 酶液反復凍融,測定每次凍融后的酶活,計算活力保留率,得到同一管 rCPB 反復凍融 10 次后的活力穩定性(如圖 5)。
圖 5 rCPB 酶液的反復凍融穩定性
結果表明重組羧肽酶 B 反復凍融穩定性好。經過 10 次的反復凍融,幾無活性損失。
抗體堿性峰檢測
羧肽酶 B 的準備:用 1X PBS pH7.5, 溶解羧肽酶 B 至 1 g/L,分裝后-20℃ 保存。
抗體:純化后的單抗樣品超濾至磷酸緩沖液(pH=7.5)中(1~2 g/L)。
酶用量:按樣品:酶= 20:1-100:1,此處用量為 100:1。
孵育溫度及時間:37℃ 反應 30 分鐘。
檢測:直接進樣 HPLC 檢測。
結果見圖 6。
圖 6 抗體經 CPB 處理和未處理的圖譜比較
圖 7 Rituimab 羧肽酶 B 處理前后比較圖(摘自 Rituximab 的 USP 驗證報告)在 Rituximab 的 USP 驗證報告中,規定了酸、堿性變體的含量。規定 Rituximab的酸性變體 NMT 12.0% ,堿性變體 NMT 10.0%。鑒定方法為 CPB 處理前后的HPLC 比較。