第 20 卷
质 谱 学 报
V o l 20 .
第 2 期 JOU RNAL O F CH I ESE M A SS SPECTROM ETR Y SO C IET Y N o. 2 N
质谱蛋白全谱分析和指纹分析
卞利萍 杨艹 原 岳贵花 许崇峰 凡
( 复旦大学化学系生物分析研究室 上海 200433)
〔 摘要〕 质谱蛋白全谱分析和指纹分析可用于鉴别蛋白. 应用酶或化学切解, 修饰 及序列反应, 并与液相色谱或串级质谱联用, 可给出进一步的结构信息, 从而测 定蛋白的组分, 蛋白一级结构, 表征序列, 测定蛋白修饰位, 基因变异位及缺失 位, 这两种方法可用于医疗诊断, 蛋白的功能分析和蛋白组学研究中. 关键词: 质谱 蛋白全谱分析 指纹分析
1 引言
近几年来, 随着质谱技术的发展和新型高性能仪器的出现, 在生物学领域中, 生物质 谱代替一些传统的分析手段, 在常规生物分析方面显示出越来越大的优越性. 本文主要介 绍在蛋白质和 DNA 分析中的两种质谱方法: 质谱蛋白全谱 (M S cha rt ing ) 和质谱指纹 (M S m app ing ) 分析. 首先, 我们通过比较这两种方法来定义这两个概念[ 1 ]. 质谱蛋白全谱分析指的是组分 (com ponen t ia l) 分析, 它的对象是完整的组织, 体液或其提取物, 其目的在于识别出尽可 能多的肽和蛋白混合物中的组分. 质谱指纹分析指的是组成 (com po sit iona l) 分析, 它的对 象是单个的, 纯化后的肽或蛋白, 其目的在于测定它们的一级结构, 蛋白修饰和鉴别遗传 差异等. 蛋白全谱分析中, 测得未破坏的组分的分子质量, 并和已知或预期的蛋白分解产 物的相应分子质量比较. 而指纹分析中, 测得酶解或化学方法降解后的产物的分子质量, 并和已知或预期的蛋白分解产物的相应分子质量比较. 两种方法都包含一个数据库搜索 过程, 即将实验数据同蛋白或 DNA 数据库中的氨基酸或核酸序列比较, 匹配.显然, 两种 方法是互补的. 比如, 蛋白全谱分析可以鉴别脑垂体中预测的神经肽, 然后, 再用指纹分析 来研究脑垂体中每个独立组分的结构.
2 质谱蛋白全谱分析
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九年前, Go t tfried 等人最早使用质谱分析内分泌组织中的神经肽[ 1 ].通常, 质谱蛋白 全谱分析并不要求将蛋白样品从混合物中分离出来, 这样, 便可节省大量的时间和精力. 因为, 理想上, 研究人员都想不经任何分离, 用组织或组织切片直接做质谱蛋白全谱分析. 质谱蛋白全谱分析只要求提取或简单地分馏组分. 它的适用范围远远超过放射性免疫检
1999201225 收
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定[ 2, 3 ] 和化学检定[ 4 ] 的范围, 这两种方法都只局限于特异系列的肽和蛋白. 放射性免疫检 定还要求至少知道分析物的部分一级结构, 特别是在特异的抗原测定中. 另外, 在原则上, ( 2D PA GE ) , 并且由于质谱提供精确的分 质谱蛋白全谱分析可在许多方面代替二维电泳 子量信息, 所以又具有双向电泳所不具备的优点. 在应用上, 质谱蛋白全谱分析可分为两大类. 第一类, 它可用来定性鉴别给定组织的 肽和蛋白, 从而可以检测出肽和蛋白的变异和缺失. 这种技术在生物工程方面非常有用. 例如, 由于不同基因型的变异, 可能产生一种被抑制的或缺失的酶, 用蛋白全谱分析的方 法可以检测到这种酶[ 5 ]. 质谱蛋白全谱分析的第二类用途是定量研究在对疾病, 药物治疗, 内源调节子或环境 压抑 ( 化学, 物理或社会的) 的响应中, 肽或蛋白的整体响应轮廓的规则. 对神经免疫内分 泌复合物来说, 其中的神经, 免疫, 内分泌系统共同形成一个错综复杂的通讯网络 [ 6- 9 ] , 通 过整个网络, 响应可被单一的, 局域的, 规则的事件触发, 因此, 响应过程中需监测所有的 肽和蛋白, 而不仅仅是监测个别的组分. 定量的质谱蛋白全谱分析可用以建立未鉴别组分 在不同实验条件下的上限和下限规则, 这样的信息有助于决定: 应对哪一种未鉴别的肽和 蛋白进行更深入的研究. 这在蛋白组学研究中是极其有用的. 211 质谱蛋白全谱分析的步骤 质谱蛋白全谱分析通过测定肽和蛋白的分子量, 加上已知蛋白和 DNA 序列的信息, 来试探性地确认给定组织或体液中存在的肽和蛋白. 通常, 质谱蛋白全谱分析可分为四 步: ( 1) 从生物组织提取多肽和蛋白并分馏提取液; ( 2) 测定提取液中各组分的分子量; ( 3) 从肽或蛋白的计算机库中搜索被测的分子量是否符合特定的肽或蛋白的质量; ( 4) 再确认 分析, 如部分的 N 2或 C 2端的测序分析, 氨基酸分析, 或反应M S M S 分析.这些再确认分 析的对象应是那些在 ( 1) - ( 3) 步中仍不能十分确认的特定肽或蛋白.

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