生物质谱技术其发展

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1、-生物质谱技术应用及进展文章来源：　　　　2006-7-2916:18:32 生物质谱技术应用及进展　　军事医学科学院院刊2000年第24卷第2期应万涛　钱小红　　摘　要　生物质谱因其高灵敏度、高准确度、快速、易于自动化等特点，在生命科学领域的应用和研究日益广泛。该文综述了近年来生物质谱在蛋白质、核酸、糖类、药物代谢以及微生物检验等方面的应用及进展。　　关键词：生物质谱；电喷雾；基质辅助激光解吸附；串联质谱　　1　概述　　生命科学的发展总是与分析技术的进步相关联，X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的阐述奠定了现代分子生物学的基础，使人类对微观领域的认识迈出了决定性的一步。原位PC

2、R技术的出现使得生命科学在微观领域的研究不再是可望而不可及。大规模、自动化基因测序技术的问世，使本世纪生命科学领域最宏大的研究项目——人类基因组计划的实施比预期一再提前。而后基因组时代，即功能基因组和蛋白质组计划的实施所必需的高通量、大规模筛选对分析方法又一次提出了挑战。已发展了一百多年的质谱技术，由于其所具有的高灵敏度、高准确度、易于自动化等特点，毫无疑问地成为解决上述问题的关键手段之一。　　自1886年Goldstein发明早期质谱仪器常用的离子源，到1942年第一台单聚焦质谱仪商品化，质谱基本上处于理论发展阶段。随后质谱在电离技术和分析技术上的发展和完善，使之很快应用于地

3、质、空间研究、环境化学、有机化学、制药等多个领域。然而，即使在等离子体解吸（plasmadesorption,PD)和快原子轰击（fastatombombardment,FAB)两项软电离质谱技术出现以后，质谱分析的相对分子质量也只是在几千左右。真正意义上的变革以80年代中期出现的两种新的电离技术：电喷雾电离（electrosprayionization,ESI）［1］和基质辅助激光解吸电离（matrix-assistedlaserdesorptionionization,MALDI）［2］为代表，这两种技术所具有的高灵敏度和高质量检测范围，使得在fmol（10-15）乃至am

4、ole（10-18）水平检测相对分子质量高达几十万的生物大分子成为可能，从而开拓了质谱学一个崭新的领域——生物质谱，促使质谱技术在生命科学领域获得广泛应用和发展。　　2　生物质谱仪.---　　目前商业化的生物质谱仪，其离子化方式主要是电喷雾电离与基质辅助激光解吸电离，前者常采用四极杆质量分析器，所构成的仪器称为电喷雾（四极杆）质谱仪（ESI-MS），后者常用飞行时间作为质量分析器，所构成的仪器称为基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）。ESI-MS的特点之一是可以和液相色谱、毛细管电泳等现代化的分离手段联用，从而大大扩展了其在生命科学领域的应用范围，包括

5、药物代谢、临床和法医学的应用等；MALDI-TOF-MS的特点是对盐和添加物的耐受能力高，且测样速度快，操作简单。此外，可用于生物大分子测定的质谱仪还有离子阱（iontrap,IT）质谱和傅里叶变换离子回旋共振（Fouriertransformioncyclotronresonance,FTICR）质谱等。而最近面市的最新型的生物质谱仪是液相色谱-电喷雾-四极杆飞行时间串联质谱仪（LC-ESI-MS-MS）与带有串联质谱功能的MALDI-TOF质谱仪，前者是在传统的电喷雾质谱仪的基础上采用飞行时间质量分析器代替四极杆质量分析器，大大提高了仪器的分辨率、灵敏度和质量范围，其商品名

6、有Q-TOF［4］和Q-STAR［3］等；后者是在质谱中加入了源后降解（post-sourcedecay,PSD）模式或碰撞诱导解离（collisionallyinduceddissociation,CID）模式，从而使生物大分子的测序成为可能。　　3　生物质谱的应用　　3.1　蛋白质和多肽的分析　　3.1.1　分子量测定　分子量是蛋白质、多肽最基本的物理参数之一，是蛋白质、多肽识别与鉴定中首先需要测定的参数，也是基因工程产品报批的重要数据之一。分子量正确与否往往代表着所测定的蛋白质结构正确与否或者意味着一个新蛋白质的发现。生物质谱可测定生物大分子分子量高达40万，准确度高达0

7、.1%～0.001%，远远高于目前常规应用的SDS电泳与高效凝胶色谱技术。　　3.1.2　肽谱测定　肽谱是基因工程重组蛋白结构确认的重要指标，也是蛋白质组研究中大规模蛋白质识别和新蛋白质发现的重要手段。通过与特异性蛋白酶解相结合，生物质谱可测定肽质量指纹谱(peptidemassfingerprint,PMF)，并给出全部肽段的准确分子量，结合蛋白质数据库检索，可实现对蛋白质的快速鉴别和高通量筛选。PMF常和胶上原位酶解相结合，成为蛋白质组研究中必不可少的一种手段［5,6］。此外根据肽段质量