蛋白质的质谱分析

1、徐媛媛1002021001蛋白质的质谱分析摘要：自约翰芬恩和田中耕一发明了确认生物大分子结构的分析方法及其质谱分析法以来 随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃、最富生命力的 前沿研究领域之一。它的发展强有力地推动了人类基因组计划及其后基因组计划的提前完成和 有力实施，已成为研究生物大分子特别是蛋白质研究的主要支撑技术之一。随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要综述了肽和蛋白 质等生物大分子质谱分析的特点、方法及蛋白质质谱分析的原理、方式和应用，并对其发展前 景作出展望。关键词：蛋白质，质谱分析，应用前言：蛋白质是生物体中含量最高，功能最

2、重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞 干质量的50%以上，作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行、调节代 谢、抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此蛋白质也是生命科 学中极为重要的研究对象。关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题， 其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。随着生 命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发 展迅速。蛋白质组学是后基因组时代的一个新领域，它通过在蛋白质水平上对细胞或机体基因表达 的整体蛋白质的定量研究，来揭示生命的过程

3、和解释基因表达控制的机理。蛋白质组学分为表 达蛋白质组学和细胞图谱蛋白质组学，前者指细胞和组织表达的蛋白质的定量图谱，它依赖二 维凝胶电泳图谱和图像分析，它能在整体蛋白质水平上研究细胞的通路，以及疾病、药物和其 它生物刺激所引起的紊乱，因此它可能发现疾病标志和阐明生物通路；后者是指通过纯化细胞 器或蛋白质复合物，用质谱鉴定蛋白质组分，确定蛋白质和蛋白质相互作用的亚细胞位置。基本原理：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。质谱仪是一 类能使物质离化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与 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

4、由分析系统、电学系统和 真空系统组成。用于分析的样品分子在离子源中离化成具有不同质量的单电荷分子和碎片离子，这些单电荷离子在加速电场中获得相同动能并形成一束离子，进入由电场和磁场组成的分析器，离子束 中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的 偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们 的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质量比而 速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质量比的离子聚焦在不同的点上，其焦面接近于平面， 在此处用检测系统进行检测即可得到不同质量比的谱线，即质谱。通过质

5、谱分析，我们可以获 得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成和分子结构等多方面的信息。1质谱分析的特点质谱分析用于蛋白质等生物活性分子的研究具有如下优点：很高的灵敏度能为亚微克级试 样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具 有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。2质谱分析的方法近年来涌现出较成功地用于生物大分子质谱分析的软电离技术主要有下列几种：电喷雾 电离质谱；基质辅助激光解吸电离质谱；快原子轰击质谱；离于喷雾电离质谱i大气压 电离质谱。在这些软电离技术中，以前面三种近年来研究得最多，应用得也最广泛。3蛋白质的质谱分析蛋自质是一条或多条肽链以

6、特殊方式组合的生物大分子，复杂结构主要包括以肽链为基础 的肽链线型序列f称为一级结构及由肽链卷曲折叠而形成三维【称为二级，三级或四级】结构。 目前质谱主要测定蛋自质一级结构包括分子量、肽链氨基酸排序及多肽或二硫键数日和位置。 蛋白质和肽的序列分析现代研究结果发现越来越多的多肽同蛋白质一样具有生物功能，建立具有特殊、高效的生物 功能肽的肽库是现在的研究热点之一。因此需要高效率、高灵敏度的肽和蛋白质序列测定方法 支持这些研究的进行。现有的肽和蛋白质测序方法包括N末端序列测定的化学方法Edman法、C 末端酶解方法、C末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。例如作为肽和蛋白质序列测定 标准方法的N

7、末端氨基酸苯异硫氰酸酯PITC分析法（eP Edman法，又称PTH法），测序速度较 慢（5O个氨基酸残基/天）；样品用量较大，对样品纯度要求很高；对于修饰氨基酸残基往往会 错误识别，而对N末端保护的肽链则无法测序。C末端化学降解测序法则由于无法找到PITC这 样理想的化学探针，其发展仍面临着很大的困难。在这种背景下，质谱由于很高的灵敏度、准 确性、易操作性、快速性及很好的普适性而倍受科学家的广泛注意。在质谱测序中，灵敏度及 准确性随分子量增大有明显降低，所以肽的序列分析比蛋白容易许多，许多研究也都是以肽作 为分析对象进行的。近年来随着电喷雾电离质谱及基质辅助激光解吸质谱等质谱软电离技术的发展

8、与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达 100000Da，目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法(MALDI TOF MS)已成为测定生物大分 子尤其是蛋白质、多肽分子量和一级结构的有效工具，也是当今生命科学领域中重大课题 蛋白质组研究所必不可缺的关键技术之一。目前在欧洲分子生物实验室(EMBL)及美国、瑞士等 国的一些高校已建立了 MALDI TOF MS蛋白质一级结构(序列)谱库，能为解析FAST谱图提供极 大的帮助，并为确证分析结果提供可靠的依据。蛋白质质谱分析的应用在蛋白质的质谱分析中，质谱的准确性对测定结果有很大影响，因此质谱测序现在仍很

9、难 被应用于未知蛋白的序列测定。肽和蛋白的质谱序列测定方法具有快速、用量少、易操作等优 点，这些都非常适合于现在科学研究的需要。我们都相信，随着各种衍生化方法和酶解方法的 不断改进，蛋白双向电泳的应用以及质谱技术的不断完善，质谱将会成为多肽和蛋白质分析最 有威力的工具之一。但也要清醒地认识到，质谱的灵敏度虽然高，但仍然难解决细胞组织痕量调控蛋白游离显 示的问题，此外质谱的发展导致质谱仪价格非常昂贵。所以，需要积极地解决质谱自身发展的 关键技术，才能使质谱在蛋白质分析中的作用更加的优化和凸显。结语：随着科学技术的进步，质谱也得到了快速发展，特别是与生物技术的结合，开 创了质谱应用的新领域。质谱已成为生命科学研究中非常重要的工具。其研究成果也将大大推 动人类基因组的研究，并将使人类对生命的本质，其发生发展过程的认识达到一个前所未有新 高度。随着各种衍生化方法和酶解方法的不断改进，蛋白双向电泳的应用以及质谱技术的不断 完善，质谱将会成为多肽和蛋白质分析最有威力的工具之一。参考文献：陈晶，付华，陈益.质谱在肽和蛋白质序列分析中的应用.有机化学，2002, 22(2)： 81 90解建勋，蒲小平，李玉珍，等蛋白质组分析技术进展J.生物物