賽默飛世爾舉辦“蛋白質組學及質譜基礎知識”網絡講座

發布時間：2011-03-24 18:27 原文鏈接：賽默飛世爾舉辦“蛋白質組學及質譜基礎知識”網絡講座

　　2011年3月23日，賽默飛世爾科技借分析測試百科網這一平臺成功舉辦了本月第三場網絡視頻講座——蛋白質組學及質譜基礎知識。賽默飛世爾科技蛋白質組學市場專員唐佳工程師為大家介紹了蛋白質組學、生物質譜的發展歷史、基本原理、最新進展以及Thermo的蛋白質組學全面解決方案。

　　蛋白質組學基礎

　　唐老師首先為大家介紹了關于蛋白質組學的基本概念。

　　蛋白質是一切生命物質基礎，是生命活動的主要承擔者。蛋白質組指的是基因組表達的所有蛋白質，即一種細胞、組織或生物體所擁有的全部蛋白質。以一種細胞、組織或生物體所擁有的全部蛋白質為研究對象的學科就是蛋白質組學。

　　蛋白質組學分類及發展

　　蛋白質組學研究大可分為以下幾類：

表達蛋白質組學：采用高通量的蛋白質組學研究技術分析細胞、組織和生物體內盡可能多乃至于接近所有蛋白質，對這些蛋白質進行分離、識別、定量、定位，從而構建某個細胞、組織或生物體全蛋白質的表達譜。
功能蛋白質組學：以某種特定細胞、組織或生物體為對象，研究蛋白質的翻譯后修飾、蛋白質結構、蛋白質的定位及表達水平差異與功能之間的關系，研究蛋白質之間的相互作用及其意義，構建蛋白質功能網絡。
結構蛋白質組學
生物信息學

　　目前蛋白質組學的研究對象主要為原核微生物、真核微生物、植物和動物等，涉及研究領域有生物科學、細胞生物學、神經生物學、生物醫學。近幾年來蛋白質組學研究發展，離不科學技術的支持，其中生物質譜便是蛋白質組學發展中的關鍵技術。

　　生物質譜技術用于蛋白質組學研究

　　蛋白質組學研究的一般流程蛋白質提取、蛋白質分離、最后質譜鑒定。整個流程中還運用了Bottom up技術或Top down 技術。

　　其中Bottom up技術會將蛋白質進行酶切，將蛋白質切成不同的肽段最后送入質譜鑒定。采用該技術樣品分析通量高、分子量小容易分析。近幾年來Bottom up技術發展迅速并逐漸趨于成熟。

　　Top down 技術則沒有酶切的過程，它是對整個蛋白質分子進行鑒定，雖然在通量上、數據處理上不能與Bottom up技術相比，但是對于保護整個蛋白質分子的完整性、蛋白質翻譯后修飾基團上具備自己的優勢。

　　生物質譜解析蛋白質組學基本流程

　　緊接著唐老師以Bottom up技術為例重點介紹了生物質譜解析蛋白質組學基本流程。首先將得到的生物復合物進行酶解，形成一些具有特征性的肽段，然后將肽段復合物送入質譜分析。如果肽段復合物比較復雜，送入質譜前還可以對其進行一維液相色譜分離再經質譜鑒定，從而得到肽段的一級質譜圖或二級質譜圖。最后根據算法處理對應到酶解的特征肽段，經數據庫比對得到蛋白質分析數據。

蛋白質酶解

　　實際研究中經常運用Trypsin（胰蛋白酶）進行蛋白質酶解，形成一些特征肽段。若酶解效率高，質譜的分辨率、質量精度高，則可通過混合肽段的一級質譜圖來鑒定蛋白質，得到的一級質譜圖稱為指紋譜圖。

裂解

　　實際過程中酶解過程不可控，不能保證酶解效率及質譜的分辨率、質量精度。所以通用分析還是通過串聯質譜來進行鑒定，故有母離子碎裂過程即裂解。裂解方式包括CID、ECD、ETD等。其中CID方式最為常用。

　　生物質譜基礎

　　生物質譜儀單單從結構上并沒有什么特殊，但是對于樣品處理上都是大分子物質。所以生物質譜需要在質量分析器上進步擴大其范圍，需要在不破壞樣品分子結構前提下對樣品分子進行電離。

　　生物質譜離子源

ESI源：流出液從噴針流出，在電場下形成帶電噴霧，在電場力作用下穿過氣簾（氣簾主要起霧化、蒸發溶劑以及阻止中性溶劑分子的作用）形成帶多電荷的分子、離子、從而可以以較低的質荷比被許多質量分析器檢測到，對鹽和表面活性劑的容忍低
MALDI源：使用特定波長的激光照射到樣品靶上，靶上的基質將吸收到的能量傳遞給樣品，使樣品產生瞬間膨脹相變而發生本體解析，使樣品離子化。主要形成帶單電荷的分子、離子。對樣品容忍度高，但難以實現自動化。
APCI源：在大氣壓下，樣品形成霧，然后電暈放電針對其放電，在高壓電弧中，樣品被電離，然后去溶劑化形成離子，最后檢測，對于極性小的樣品效果較好，應用范圍沒有ESI廣。

　　正是由于離子源的發展，才使得質譜大規模被應用。

　　生物質譜的核心部件——質量分析器

四級桿/三重四級桿大口徑（4mm VS 6mm）：提高離子傳輸效率，真正的共軛雙曲截面，提高分辨率，改善峰形。以Thermo TSQ Quantum為例，體積小，重新性好，非高分辨除常規MS和MS/MS功能外，還可做母離子掃描、中性丟失掃描、選擇反應監測、選擇離子監測。

離子阱/線性離子阱三維離子阱結構緊湊，多級MS，動態范圍窄。Thermo的ZL技術——二維線性離子阱離子容量大，靈敏度比三維離子阱提高10倍。

靜電場軌道阱

飛行時間分為直線式飛行時間、反射式飛行時間。反射式掃描速度快，質量范圍廣，體積龐大。

FTMS分為FT-ICR-MS傅里葉變換離子回旋共振質譜儀，FT-Orbitrap MS 傅里葉變換靜電場軌道阱質譜儀。

　　唐老師重點講解了FT-Orbitrap。Orbitrap 是Thermo的ZL技術，具有三個特征頻率即軸旋轉頻率、徑向振蕩頻率、軸向振蕩頻率，分辨率高、高精確質量、寬動態范圍。Orbitrap技術與優異的MSn譜圖信息及準確的質量信息，組合成Thermo強大的LTQ Orbitrap系列質譜系統。它具有兩種經典的掃描模式：1次LTQ Orbitrap高分辨全掃描和同時進行的3次低分辨離子阱MS/MS掃描；1次LTQ Orbitrap高分辨全掃描和數據關聯的3次高分辨LTQ Orbitrap MS/MS掃描。

　　Thermo LTQ Orbitrap質譜系統遍布全球分析實驗室，包括著名的德國馬普生化所、美國斯克里普斯研究所。LTQ Orbitrap的中國用戶包括復旦大學生命科學研究院、中科院上海生化所蛋白質組研究中心、諾華制藥上海研發中心、北京大學生命科學院、中國藥品生物制品檢定所、中科院大連化物所等等。

　　Thermo蛋白質組解決方案