基于质谱的蛋白质组学分析

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1、基于质谱分析的蛋白质组学在21世纪，生命科学的研究进入了后基因组吋代，蛋白质组学作为其屮的一个重要分支于20世纪90年代中期应运而生。由于蛋白质的复杂性，传统的蛋白质鉴定方法如末端测序等已无法满足蛋白质组学研究中的一系列需耍。因此，质谱技术作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具H趋成熟，并作为样品制备和数据分析的信息学工具被广泛地应用。质谱技术具冇灵敏度、准确度、自动化程度高的优点，能准确测量肽和蛋A质的相对分子质量，氨基酸序列及翻译后修饰、蛋白质间相互作用的检测［

2、］，因此质谱分析无可争议地成为蛋白质组学研究的必然选择。1.蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)是从整体水T:上研

3、究细胞蛋白质的组成、活动规律及蛋0质与蛋0质的和互作用，是功能基因组学时代一门新的科学。包拈鉴定蛋白质的表达、修饰形式、结构、功能和相互作用等。根据研究目的，蛋白质组学可以分为表达蛋白质组学、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。表达蛋白质组学用于细胞内蛋a样品表达的定量研究。以绘制出蛋白复合物的结构或存在于一个特殊的细胞器屮的蛋白为研究目的的蛋白质组学称为结构蛋白质组学，用于建立细胞内信号转导的网络阁谱并解释某些特定蛋白的表达对细胞的作用［2］。功能蛋0质组学以细胞内蛋0质的功能及蛋0质之问的和互作用为研究目的，通过对选定的蛋白质组进行研究和分析，能够提供有关蛋白质的磷酸化、糖基化等重耍信

4、息。蛋白质组学研究的核心就是能够系地的鉴定一个细胞或组织中表达的每一个蛋白质及蛋白质的性能。蛋白质组学的主要相关技术有双向凝胶电泳、双向荧光差异凝胶电泳、质谱分析等［2］。由于蛋白质的高度复杂性和大量低丰度蛋白质的存在，对分析技术提出了巨大挑战，生物质谱技术则是适应这一挑战的必然选择。2.生物质谱技术质谱是带电原子、分子或分子碎片按质量的大小顺序排列的图像。质谱仪是-类能使物质离了化并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先沿或轨道稳定与否实现质量比分离，并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。质谱技术的基本原理是：使用电离技术将经酶切后的蛋£

5、

6、质肽段或完整蛋白质带上电荷，然后通过它们质荷比的差异使其得到分离并检测出其质量。生物质谱仪通常含三个部分，即离了源、测定离了的质荷比的质量分析器和检测器。传统的有机质谱仅用于小分子挥发物质的分析，近年来生物质谱技术取得了飞速发展，其屮最为显著的莫过于基质辅助激光解吸离子化质谱（matrix-assistedlaserdesorptionionizationMS,MALDI-MS）和电喷雾离了化质谱（electrosprayionizationMS，ESI_MS）0基质辅助激光解吸电离技术（MALDI-MS）[3]是将分析物分散在机制分子巾并形成晶体，当用激光照射晶体时，由于基质分子经

7、辐射所吸收的能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，致使基质和分析物膨胀并进入气相。MALDI所产生的质谱图多为单电荷离子，因而质谱图巾的离子与多肽和蛋白质巾的质量有一一对应的关系。使用基质的H的是为了保护待分析物不会因过强的激光能量导致化合物被破坏。研究表明不同的基质对分析物的解吸效果不同，基质的选择对分析物的离子化作用起着至关重要的作用。一般认为好的基质应具备下述条件％①强烈吸收入射的激光②较低的气化温度③与待测物可找到共同的溶剂④在闷相体系屮能分离和包围被分析分子而不形成共价键。MALDI-MS操作简便，灵敏度高，检测限度达到飞摩尔级（1015），同许多蛋0分离方法和匹

8、配。同MADL1-MS在阎态下完成不同，ES1-MS是在液态下完成的，其通过在毛细管的出口处施加一高电压，所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的液滴，随着溶剂蒸发，液滴表面的电荷强度逐渐增大，最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子，致使分析物以单电荷或多电份离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子，使质景电荷比降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围，故而极大扩展分子量的分析范围。电喷雾质谱的优势在于它可以和多种分离技术联用，如在用ES1-MS离子化前使用高效液相色谱（highperformanceliquidchromatography,HPLC）

9、和气象色谱（gaschromatography,GC）将待测样品去除來质和分离。质量分析器是质谱的核心元件，决定着生物质谱的灵敏度、分辨率、质量准确度和生成含大量倍息的碎片离子谱阁的能力。目前应用于蛋白质组研究的质景分析器主要有四利

10、[4]，即离子阱（IT）、飞行时问（T0F）、四级杆（Q）和傅里叶变换离子回旋共振（FT1CR）。它们的没计和构造各不相同，因此各有优势和劣势。这些分析器可以独立使用，也可以申联起来使用以充分发挥各0的优点。TOF