Cromatografia de afinidade por íons metálicos imobilizados (IMAC) de biomoléculas: aspectos fundamentais e aplicações tecnológicas

Abstract

Recebido em 16/7/08; aceito em 16/12/08; publicado na web em 11/5/09 IMMOBILIZED METAL-ION AFFINITY CHROMATOGRAPHY (IMAC) OF BIOMOLECULES: FUNDAMENTAL ASPECTS AND TECHNOLOGICAL APPLICATIONS. Immobilized Metal Ion Affinity Cromatography -IMAC -is a group-specific based adsorption applied to the purification and structure-function studies of proteins and nucleic acids. The adsorption is based on coordination between a metal ion chelated on the surface of a solid matrix and electron donor groups at the surface of the biomolecule. IMAC is a highly selective, low cost, and easily scaled-up technique being used in research and commercial operations. A separation process can be designed for a specific molecule by just selecting an appropriate metal ion, chelating agent, and operational conditions such as pH, ionic strength, and buffer type.Keywords: immobilized metal-ion affinity chromatography; purification; biomolecules. INTRODUÇÃOOs princípios fundamentais da afinidade de biomoléculas por íons metálicos são conhecidos desde o início do século passado. Em 1974, Everson e Parker demonstraram que íons metálicos presentes em metaloproteínas são os principais responsáveis pela adsorção dessas em resinas contendo quelantes imobilizados e exploraram esta afinidade na separação deste tipo de proteínas. 1 A técnica proposta por Everson e Parker popularizou-se com o trabalho publicado por Porath e colaboradores em 1975, quando os autores introduziram o termo cromatografia de afinidade por íons metálicos imobilizados (Immobilized Metal-Ion Affinity Chromatography -IMAC). 2 IMAC explora a interação entre espécies doadoras de elétrons presentes na superfície de biomoléculas em solução e íons metálicos quelatados imobilizados em um suporte sólido. Inúmeras são as aplicações analíticas, preparativas e industriais de IMAC, como a separação e purificação de diferentes biomoléculas (peptídeos, proteínas e ácidos nucléicos), a separação de células a partir de extratos biológicos e estudos de estrutura-função de proteínas.Inicialmente a técnica de IMAC foi extensamente utilizada para purificação de biomoléculas contendo naturalmente grupos doadores de elétrons em resíduos de aminoácidos expostos na superfície (tais como o anel imidazol de histidina), os quais são primariamente responsáveis pela interação biomolécula-íon metálico. Com o advento da tecnologia do DNA recombinante, foi possível a incorporação de caudas (tag) em proteínas que não contêm naturalmente espécies doadoras de elétrons, tal como a fusão de sequência de seis histidinas na porção C ou N-terminal da proteína alvo, conferindo à mesma a possibilidade de purificação por IMAC. 3,4 Apesar de na literatura existirem excelentes artigos de revisão em inglês sobre IMAC 5-14 , nesta revisão, devido à intensa atividade neste campo, pretende-se abordar aspectos fundamentais, aplicações tecnológicas (escala de laboratório e industrial) e científicas com ênfase na purificação de proteínas nativas e recombinantes (com cauda de poli(histidina)). Dentre os aspectos fundamentais do mé...

Prediction of the isotherms of human IgG adsorption on Ni(II)-IDA-PEVA membrane using artificial neural networks

“…Irrespective of the support material used, in the immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC), the adsorption involves coordination interactions between a target macromolecule in solution and metal ions chelated via a chelating ligand immobilized on a solid phase, the adsorbent (Porath et al 1975;Chaga 2001;Sharma and Agarwal 2002;Ueda et al 2003;Gutiérrez et al 2007;Bresolin et al 2009). However, electrostatic, hydrophobic and hydrogen bonding may also contribute with the adsorption (Gaberc-Porekar and Menart 2005;Gutiérrez et al 2007;Todorova and Vijayalakshmi 2006).…”

Behavior of human immunoglobulin G adsorption onto immobilized Cu(II) affinity hollow‐fiber membranes

“…One of these chromatographic techniques, immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC), introduced by Porath et al (1975), has been employed for the purification and depletion of IgG from different sources (Boden et al, 1995;Serpa et al, 2005;Altıntaş et al, 2007;Karatas et al, 2007;Ribeiro et al, 2008;Bresolin et al, 2010;Yavuz et al, 2012). Adsorption is based on the coordination bond between a metal ion chelated on the surface of a solid matrix and electron donor groups on the surface of the biomolecule (Porath et al, 1975;Ueda et al, 2003;Bresolin et al, 2009).…”

“…Chelating ligands play an important role in IMAC. Because of the presence of electron donor atoms in their structure, they are able to bind to metal ions, forming metal chelates (Ueda et al, 2003;Gutiérrez et al, 2007;Bresolin et al, 2009;Graham et al, 2011). The stability of the metal ion complex and the availability of free coordination sites for biomolecule binding govern the choice of the best chelating ligand.…”

Perfil De Adsorção De Íons Níquel Em Resinas Cromatográficas a Base De Sílica Para Purificação De Proteínas Recombinantes

“…A química de superfície da sílica deve ser modificada para inserção de um agente quelante que formará posteriormente um complexo com o metal bivalente. A escolha do agente quelante é fundamental, uma vez que as propriedades de adsorção do metal, bem como a estabilidade do complexo formado dependerão dele (BRESOLIN et al, 2009). O complexo suporte-metal será mais estável quanto mais polidentado for o agente, porém nestes casos existe uma menor quantidade de sítios disponíveis para ligação com a proteína.…”

“…O complexo suporte-metal será mais estável quanto mais polidentado for o agente, porém nestes casos existe uma menor quantidade de sítios disponíveis para ligação com a proteína. O ácido iminodiacético (IDA) é um agente tridentado (possuindo um átomo de nitrogênio e três de oxigênio para a coordenação), ou seja, quelata o íon metálico que ocupa três sítios de coordenação para formação do complexo, conforme mostra a figura 1 (BRESOLIN et al, 2009). Visando contribuir para o desenvolvimento custo-efetivo de métodos para purificação de proteínas recombinantes, neste trabalho foi investigado o uso de resinas de sílica sintetizadas nacionalmente com grupos IDA (PY IDA) em sua superfície para teste de carregamento de íons níquel.…”