若欲使用Ni2+親和層析法來純化某特定蛋白，則應以重組DNA 技術（recombinant DNA technology）在此蛋白加入下列何種親和性標籤（affinity tag）？

本題觀念：

本題考查的是蛋白質純化技術中的親和層析法（Affinity Chromatography），特別是**固定化金屬親和層析（Immobilized Metal Affinity Chromatography, IMAC）**的原理。

IMAC 是利用蛋白質表面特定的胺基酸殘基（主要是組胺酸 Histidine）與固定在層析管柱基質上的過渡金屬離子（如 $Ni^{2+}$、$Co^{2+}$、$Cu^{2+}$、$Zn^{2+}$）之間的配位鍵結作用來進行分離。為了讓目標蛋白能與金屬離子結合，通常會利用重組 DNA 技術在蛋白的 N 端或 C 端加上特定的親和性標籤（Affinity tag）。

選項分析

• A. β-半乳糖苷酶（β-Galactosidase）：

  • 錯誤。β-Galactosidase 是一個巨大的酵素（四聚體），雖然可用作融合標籤（fusion tag）以增加蛋白溶解度或作為報告基因（reporter），但它並非專門設計用來與 $Ni^{2+}$ 結合。若要利用親和層析純化 β-Gal 標籤蛋白，通常是使用受質類似物（如 APTG）或針對該酵素的抗體，而非金屬離子。

• B. 穀胱甘肽-S-轉移酶（Glutathione-S-transferase, GST）：

  • 錯誤。GST 標籤是利用其與受質**穀胱甘肽（Glutathione, GSH）**的高度親和力進行純化。純化時使用的是固定有 Glutathione 的層析樹脂，並使用過量的 Glutathione 進行沖提（elution），與 $Ni^{2+}$ 無關。

• C. 六個連續組胺酸（His）₆：

  • 正確。這被稱為 Polyhistidine-tag 或 His-tag。組胺酸（Histidine）側鏈上的**咪唑環（Imidazole ring）**含有能提供電子對的氮原子，可與固定在樹脂上的過渡金屬離子（如 $Ni^{2+}$）形成穩定的配位鍵。這是目前實驗室中最常用於 $Ni^{2+}$ 親和層析的標籤。沖提時，通常使用高濃度的咪唑（Imidazole）來競爭結合位，將蛋白洗脫下來。

• D. 蛋白質A（Protein A）：

  • 錯誤。Protein A 是源自金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）細胞壁的一種蛋白，它能專一性地結合免疫球蛋白（主要是 IgG）的 Fc 區域。因此，Protein A 層析柱主要用於抗體（Antibody）的純化，而非用於 $Ni^{2+}$ 親和層析。

答案解析

題目明確指出使用「$Ni^{2+}$ 親和層析法」，這對應的是 IMAC 技術。在此技術中，最標準且廣泛使用的標籤是多聚組胺酸標籤（Polyhistidine tag），通常由 6 個連續的組胺酸（(His)₆）組成。這些組胺酸能與 $Ni^{2+}$ 形成配位鍵，從而將目標蛋白從細胞萃取液中分離出來。

故正確答案為 C。

核心知識點

考生應熟記常見親和層析標籤（Affinity Tag）與其對應的配體（Ligand）：

1. His-tag ((His)₆) $\leftrightarrow$ 金屬離子（$Ni^{2+}$、$Co^{2+}$）：利用咪唑（Imidazole）沖提。
2. GST-tag $\leftrightarrow$ 穀胱甘肽（Glutathione）：利用還原態 Glutathione 沖提。
3. MBP-tag (Maltose-Binding Protein) $\leftrightarrow$ 直鏈澱粉（Amylose）：利用麥芽糖（Maltose）沖提。
4. Protein A / Protein G $\leftrightarrow$ 抗體 Fc 區域（IgG Fc region）：常用於抗體純化或免疫沈澱。
5. Epitope tags (如 FLAG, Myc, HA) $\leftrightarrow$ 專一性抗體：利用抗原-抗體結合原理。

參考資料

1. Oligohis-tags: mechanisms of binding to Ni2+-NTA surfaces - PubMed
2. Protein Purification by Affinity Chromatography - Sino Biological
3. GST-tagged Protein Purification - Cytiva