生物質譜——蛋白質組學研究的肱股之臣

　　分析測試網訊 2017年11月29日，由北京大學，首都科技條件平臺主辦，安特百科（北京）技術發展有限公司（分析測試百科網）協辦的題為“生物質譜在蛋白質組學研究中的應用”的講座在北京大學化學與分子工程學院化學樓A201報告廳舉辦，來自蛋白質行業的專家學者參與了此次講座。

北京大學分析測試中心、美國密西根大學分析化學博士 周 文

　　此次講座主講人為北京大學分析測試中心、美國密西根大學分析化學博士周文，講座分為三個部分，第一部分介紹了質譜的原理，然后是質譜在蛋白質組學研究中的應用，最后介紹北京大學分析測試中心質譜實驗室及其應用。

　　質譜原理：

　　周文以Obitrap為例：質譜儀是非常精密的大型儀器，有非常多的附件在其中，日常客戶中主要關心的部分：

　　1：離子源：對于生物大分子來說，現在應用最廣的是電噴霧ESI，相對于之前很多離子化方法電是相當溫和的，我們稱之為軟電離，2002諾貝爾化學獎頒給John Fenn和Koichi Tanaka,兩位科學家，John Fenn憑借ESI，Koichi Tanaka憑借MALDI獲獎。在很多年前，質譜用的都是能量非常強的離子化方法，有機小分子結構穩定，能完整的進入質譜里邊去，質譜用來分析相對小一些的分子。直到ESI和MALDI廣泛應用之后，相當于給生物大分子蛋白研究這頭大象插上了翅膀，自從有了ESI和MALDI之后，才有了蛋白質組學比較蓬勃的發展。

　　2：質量分析器：種類很多，在蛋白質組學分析中，主流的是一類是軌道阱

　　Obitrap，優點：高分辨率，高精度，高靈敏度。現在最高靈敏度，高精度的是FTMS，Obitrap相較于FTMS來說，雖然指標和性能上稍微差一點，但是維護和使用上相對比較容易，所以Obitrap現在作為蛋白質組學研究的一類主流的使用儀器。

　　質譜在蛋白質組學中的應用：

　　蛋白質組學是以蛋白質組為研究對象，研究細胞、組織或生物體蛋白質組成及其變化規律的科學，分為若干個層次，第一層次：測完整蛋白的分子量，第二層次，蛋白序列，通過鑒別蛋白序列，得到到底是什么樣的蛋白，第三層次，蛋白修飾；有什么樣的修飾，修飾的位點在哪，前三個層次是蛋白的定性，第四個層次是定量的問題，尤其是當我們研究到蛋白質組時，更加必要。

　　蛋白質組學的實驗流程：相對比較純化的蛋白，通過酶進行特異位點的酶切，切成幾十上百的段，肽段進入液質聯用，得到質譜譜圖，母離子的是一級譜圖，碎片掃描的是二級譜圖，然后做數據庫的處理，與數據庫里譜圖對比。

　　質譜一級譜圖和二級譜圖：

　　一級譜圖：不做碎片，在一個范圍進行掃描，可以得到準確的分子量，但是卻不能知道是什么肽段，因為不知道里邊的氨基酸是怎么排列的，所以還需要做二級碎裂，得到它的碎片，

　　才能確定是肽段的碎裂。同理二級碎裂也可以得知在哪個位點上有修飾。

　　實驗流程講完之后，周文又舉了幾個例子：

　　案例一：未知蛋白的鑒定：未知蛋白經過酶切成肽段，肽段進入LC-MS得出譜圖，搜索蛋白庫，沒有結果，然后測序High five細胞株轉錄組（High five昆蟲細胞：常用于桿狀病毒表達載體系統的重組蛋白表達），預測全蛋白序列，重新搜庫，最后查到相對應的蛋白。

　　案例二：蛋白質修飾位點的鑒定：蛋白的翻譯后修飾在眾多生命活動中都起到非常重要的調控作用，很多課題組想找到蛋白都什么樣的修飾，但是用質樸鑒定的難點：修飾率低：修飾可能不穩定；像一些糖基化修飾不會留在肽段上面。對于修飾率低的問題，解決方案是富集含有修飾的肽段，用抗體，磷酸化等，把不帶修飾的肽段排除出去，留下的肽段全是帶修飾的肽段；修飾不穩定問題，現在最常用的是CID/HCD都是碰撞類的解離，現在應用比較少的是電子轉移阱（ETD）。ETD在分析比較脆弱的修飾有其獨特的優勢。

　　CID/HCD與ETD碎裂方式的對比圖

　　案例三：基于二甲基化反應的相對定量：Hela細胞經過非天然糖代謝標記、富集蛋白，得到了的蛋白經過酶切得到肽段，肽段經過二甲基標記，得到輕組和重組的肽段，1比1混合，這個時候做一個二維的色譜分析，最后定量得到3200個蛋白，置信度很高。

　　北京大學分析測試中心質譜實驗室

　　北京大學分析測試中心現有儀器：傅里葉變換高分辨質譜、軌道阱、飛行時間質譜、三重四級桿、高分辨氣質聯用儀、離子淌度質譜等，講座結束后，周文邀請與會專家學者參觀分析測試中心，專家學者就質譜相關的問題與周文詳細探討。

　　專家學者參觀北京大學分析測試中心質譜室