蛋白质顺序测定技术(六)

七、高效液相色谱法在蛋白质、肽、氨基酸衍生物分离鉴定中的应用高效液相色谱法(简称HPLC)已成为当前最有用的分离鉴定手段之一,在生物化学、药物化学、一般有机化学及高分子化学等领域都得到广泛的应用,在蛋白质及PTH-氨基酸的分离鉴定上也可收到良好的效果。     

色谱技术在蛋白质组学研究中的应用引言

蛋白质组是指一个有机体的基因组所表达的全部蛋白质。蛋白质组学是研究有机体蛋白质的组成及其变化规律的科学。蛋白质组成的高度复杂性和随时间、空间变化的特点,对蛋白质组的研究技术和方法提出了巨大挑战。色谱作为现代分离科学的核心技术之一,在蛋白质组研究中发挥了重要作用。我们可以通过对组织、细胞或体液中成千上万种蛋白质/多肽的色谱预分离,降低样本的复杂程度,提高蛋白质的鉴定率;我们可以通过亲和色谱对翻译后修饰的蛋白质/多肽进行特异性富集分离,去除非修饰的蛋白质/多肽,实现修饰蛋白的成功鉴定;我们还可以通过色谱 质谱联用技术,获得蛋白质/多肽在色谱分离中的保留时间或峰面积,实现蛋白质的规模化定量与鉴定等。 为了集中展示我国科学家在色谱技术及其在蛋白质组学研究中的应用方面所取得的成果,《色谱》杂志特此在2010年第2期编辑出版了“色谱技术在蛋白质组学研究中的应用”专栏。我们邀请了在该领域具有突出成绩或学术造诣的部分专家、学者撰写了相关的学术论文和综述。希望通过这些文章所介绍的工作,为进一步提高色谱技术在蛋白质组学研究中的应用水平,推动我国蛋白质组学的发展和取得创新性的研究成果作出贡献。     

纳米颗粒预富集方法辅助质谱分析在蛋白质组学中的最新进展

由于生物样本中蛋白质含量的动态范围跨越多个数量级,快速、高效的蛋白质分离富集是低丰度蛋白质成功鉴定的关键.一些具有重要生物学意义的蛋白质的表达量通常很低,预富集就成了这些蛋白质获得成功质谱鉴定和分析的必备条件.富集的主要目的就是有选择性地从复杂生物样本中分离目标分子,从而达到降低样本复杂程度,辅助后续质谱高灵敏鉴定.近些年来,将纳米颗粒引入到这一领域大大促进了富集技术的发展.在本文中,我们集中介绍了近年来发展起来的,利用不同的纳米颗粒,富集低丰度和特定翻译后修饰的蛋白质或多肽并适合质谱鉴定的蛋白质预处理技术.     

蛋白质的离子交换平衡及动力学

众所周知,离子交换色层是蛋白质分离的有效方法,而离子交换平衡及动力学是决定分离效果的重要因素。本文介绍了蛋白质在离子交换剂及水溶液之间分配的平衡关系式以及离子交换速度方程。此外,还讨论了实验方法。     

PTH-氨基酸的高压液相色谱分离

蛋白质和多肽是由各种氨基酸通过肽键相连而成,要阐明蛋白质的一级结构需先将其序列降解,然后测定依次降解出来的氨基酸。通常用Edman方法来降解蛋白质N-端氨基酸,使生成苯基海硫因氨基酸(简称PTH-氨基酸),而鉴定PTH-氨基酸常用的方法是气相色谱、薄层色谱和将降解生成的PTH-氨基酸再水解测定氨基酸的方法。近几年来,用高压液相色     

基于质谱的蛋白质O-糖基化分析

蛋白质的O-糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,它和N-糖基化一样是蛋白质糖基化修饰的主要形式。蛋白质的O-糖基化对蛋白质的结构功能有重要的影响,因此分析蛋白质的O-糖基化具有重要的生物学意义。蛋白质O-糖基化分析包含4个方面的内容:(1)鉴定O-糖基化蛋白质的种类;(2)鉴定糖基化位点;(3)鉴定糖链结构;(4)糖链的定量分析。由于缺少保守的O-糖基化氨基酸特征序列,缺乏通用的糖苷酶以及O-糖链结构的复杂性等原因,基于质谱的蛋白质O-糖基化的分析目前仍处于方法开发阶段。本文主要介绍基于质谱的O-糖基化蛋白质的分析方法学在近期取得的一些进展,包括以下4个方面:O-糖蛋白/多肽的富集、O-糖链的解离、O-糖链的结构分析及O-糖基化定量分析。     

反相高效液相色谱双梯度洗脱分离肽混合物及质谱分析

复杂肽段混合物的有效分离是高覆盖率地鉴定蛋白质混合物的前提。“鸟枪法”(Shotgun)蛋白质组学研究策略通常采用蛋白酶切、二维液相色谱-串联质谱分析肽段混合物从而鉴定蛋白质,其中高效率地分离肽段混合物是关键步骤之一。本文通过pH梯度结合有机溶剂梯度的反相高效液相色谱(RP-HPLC)进行一维液相色谱分离,按等时间间隔收集馏分并将一个梯度的前段的一个馏分与后段一个馏分混合,然后进行纳升级液相色谱-质谱联用(nanoRPLC-MS/MS)分析。将该方法应用于酵母蛋白质的分离和鉴定,实验结果为: 与常规的强阳离子色谱-反相液相色谱-质谱分离鉴定方法相比,采用pH梯度结合有机相梯度的RP-HPLC-RPLC-MS分离鉴定方法多鉴定到567个酵母蛋白质(簇,含有3035个唯一肽段);其中鉴定到肽段的pI分布范围为3.42～12.01,相对分子质量范围为587.67～3499.79;蛋白质的pI分布范围为3.82～12.19,相对分子质量范围为3446.55～432905。该结果表明这种方法在复杂体系蛋白质组分离鉴定中具有明显的优势,在蛋白质组学研究中有较好的应用前景。     

一种规模化蛋白质组分离和鉴定新方法研究及其应用

建立了一种规模化的蛋白质组分离和鉴定新方法。通过对在生命发育过程中具有重要研究价值的人胎肝线粒体蛋白质组的分离分析，表明与毛细管液-质联用的不同分离方法的组合可以增大检测动态范围和分辨率。研究共鉴定了2977个肽段，归属于915种蛋白质。去除批次间冗余后，鉴定的蛋白质为477种，其中291种为唯一蛋白质，186种为蛋白质簇，144种蛋白质明确定位于人胎肝线粒体中。所鉴定蛋白质的分子量分布范围为7000Da～330000 Da，pI值分布在4．0～11．89，克服了两维凝胶电泳在分子量和pH方面的歧视性问题。实验中发现的蛋白质簇以及确定一种蛋白质需要最少肽段数的问题还需要进一步研究。     

纳升电喷雾毛细管液相色谱-串联质谱鉴定K562细胞株中混合蛋白质

用标准蛋白质混合物建立了一种适用于低丰度混合蛋白质及其异构体分离与鉴定的蛋白质组学方法。通过IPG胶条等电聚焦分离蛋白质,染色后进行混合胶内酶切,采用纳升电喷雾毛细管液相色谱一串联质谱“散弹法（shot-gun）”分析酶切产物,并进行数据库检索鉴定蛋白质。运用该方法从K562细胞株样品中鉴定出14种具有重要功能的蛋白质,部分蛋白质同时在多个条带中出现,可能是异构体。肽段及其碎片离子的平均质量偏差小于0．05U,综合得分大都远远超过有效值。该方法灵敏、准确度高、分辨率高、省时、便于操椎存苍宗罾白甩异构体青而右优势．     

反相高效液相色谱对DABTH—氨基酸的分离与鉴定

应用反相高效液相色谱(RP-HPLC)技术,采用等度洗脱。对20种标准DABTH-氨基酸进行了分离与鉴定,灵敏度达到pmol水平;并以溶菌酶为模式蛋白,经手工DABITC/PITC双偶联方法对其N端部分序列进行Edman降解,其降解产物DABTH-氨基酸用RP-HPLC技术进行了鉴定,蛋白质微量序列分析的灵敏度达到nmol水平.     

纸色谱分离氨基酸实验原理详解

基于纸色谱分离氨基酸实验在生物、医学等本科专业中的教学重要性，对实验教材上未能细化讲解的部分作了详尽的补充，其中包括纸色谱固定相的来源、滤纸的毛细作用、流动相中水及酸（碱）的作用等，以期加深学生对纸色谱的工作原理的理解。     

电泳技术在纳米颗粒分离中的应用

合成纳米颗粒常在尺寸和形状方面具有广泛分布.在很多实验中,需要利用一定大小及形状的纳米颗粒的独特物理化学性质,因此,简便快速的纳米颗粒分离技术越来越受到诸多科学领域的重视.电泳技术以其高分辨率,被广泛用于多种生物大分子如核酸、蛋白质等的分离纯化.纳米颗粒在尺寸上与生物体中的蛋白复合物、细胞器和微生物等十分接近,考虑到带电纳米颗粒与生物分子在电场中的运动行为的相似性,运用电泳技术进行纳米颗粒的鉴定、分离和纯化是一种新的思路,并取得了良好的实验结果.本文主要介绍了琼脂糖凝胶电泳、毛细管电泳以及其他一些电泳技术在纳米颗粒分离中的研究进展.     

基于质谱的蛋白质O-糖基化分析研究进展

蛋白质的O-糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,它和N-糖基化一样是蛋白质糖基化修饰的主要形式。蛋白质的O-糖基化对蛋白质的结构功能有重要的影响,因此分析蛋白质的O-糖基化具有重要的生物学意义。蛋白质O-糖基化分析包含4个方面的内容:(1)鉴定O-糖基化蛋白质的种类; (2)鉴定糖基化位点; (3)鉴定糖链结构; (4)糖链的定量分析。由于缺少保守的O-糖基化氨基酸特征序列,缺乏通用的糖苷酶以及O-糖链结构的复杂性等原因,基于质谱的蛋白质O-糖基化的分析目前仍处于方法开发阶段。本文主要介绍基于质谱的O-糖基化蛋白质的分析方法学在近期取得的一些进展,包括以下4个方面:O-糖蛋白/多肽的富集、O-糖链的解离、O-糖链的结构分析及O-糖基化定量分析。     

尺寸排阻-反相液相色谱-质谱联用技术在大鼠肾脏翻译后修饰蛋白质鉴定中的应用

LC-MS联用技术在蛋白质组学研究中具有重要的作用,但是在复杂的生物体系中,由于样品的高度复杂性和其中蛋白质含量的巨大差异,执行全面且无倾向的蛋白质组分析是一项挑战。因此,在液相色谱分离中采用基于不同原理的色谱分离方法来降低蛋白质样本的复杂度,并对微量蛋白质进行富集,对后续采用质谱方法进行信息的采集和深入分析至关重要。在这里我们开发了一种基于尺寸排阻色谱(SEC)与反相液相色谱(RPLC)结合的新方法来进行复杂体系蛋白质的分离和鉴定,特别是对于微量蛋白质的分析。首先使用SEC对蛋白质进行分离和富集,并酶解成多肽,再通过RPLC-MS联用的方法对酶解后的多肽进行分离和鉴定。结果显示使用上述方法可以有效降低蛋白质样本的复杂度,并有效提高微量蛋白质的鉴定能力,可从大鼠肾脏鉴定出23621个肽段及1345个蛋白质,比常规的二维强阳离子交换-反相液相色谱法(2D SCX-RPLC)鉴定到的肽段及蛋白质分别多出69%及27%。此外,该方法对肾脏翻译后修饰(PTM)蛋白质的鉴定显示出更多的优势,翻译后修饰的多肽鉴定率显著增加,特别是磷酸化肽段的鉴定效率可达到靶向富集策略的水平。在此展示的SEC-RPLC-MS可以更好地了解蛋白质翻译后修饰对肾脏的影响,最终将有助于增加我们对正常的生理性肾功能以及病理过程机制的理解。     

竹红菌乙素光敏氧化咖啡因反应的研究

本文研究了竹红菌乙素在醇类溶剂中光敏氧化咖啡因的反应及反应机制,分离并鉴定了产物,其主要产物为8位烷氧基取代咖啡因,同时通过氘代实验,叠氮化钠猝灭实验,不同氧分压实验及其它一些证据,证明这个反应是通过单重态氧机制进行的。     

镜像手性蛋白质研究进展

镜像蛋白质由D型α-氨基酸及甘氨酸构成,与天然蛋白质互为手性对映体.镜像蛋白质尚无法通过生物重组技术制备,而只能通过化学全合成获取.镜像蛋白质具有独特的结构和功能,使其在外消旋结晶、仿生催化、软物质材料、疾病诊断与治疗物质等方面具备潜在的应用价值.简要介绍了镜像蛋白的化学合成方法,总结了镜像D型蛋白质在蛋白外消旋结晶、蛋白药物开发以及镜像生命再造方面取得的进展.     

基于ProteinGoggle 2.0的组蛋白H4蛋白质变体的自上而下表征（英文）

由于大量可能蛋白质变体以及每一个翻译后修饰大量可能位点的存在,核心组蛋白上密集的组合式翻译后修饰的自上而下表征一直是一个巨大的分析挑战。结合高分辨串级质谱,基于同位素质荷比和轮廓指纹比对的整体蛋白质数据库搜索引擎ProteinGoggle 2.0在组蛋白翻译后修饰的自上而下鉴定方面拥有诸多独特的优势。该文报道ProteinGoggle 2.0对HeLa核心组蛋白H4的数据库搜索及蛋白质变体的鉴定结果。基于从UniProt网站下载的人类核心组蛋白H4的纯文本文件和"鸟枪法"注释,ProteinGoggle 2.0首先创建包含所有可能蛋白质变体的理论数据库;从纯文本文件中提取的信息主要是氨基酸序列、可能的翻译后修饰(单甲基化、二甲基化、三甲基化、乙酰化和磷酸化)及氨基酸变异(A77→P)。在控制质谱水平假阳性率低于1%的前提下,共鉴定到426个蛋白质变体,这是目前为止H4蛋白质变体的最全报道。这些ProteinGoggle 2.0鉴定到的H4蛋白质变体也与之前报道的ProSightPC 2.0的鉴定结果进行了肩并肩比较。总而言之,ProteinGoggle 2.0可以对具有复杂组合修饰及氨基酸变异的蛋白质组进行数据库搜索和蛋白质变体鉴定。     

基于不同提取方法的水稻叶片蛋白质组的二维液相色谱分离及高分辨质谱分析

建立了酚法提取-二维液相色谱分离-高分辨质谱分析水稻叶片蛋白质组的方法。水稻叶片蛋白质经过酚法提取,酶解肽段脱盐后用离线反相-反相二维液相色谱分离,然后用线性离子阱/静电场轨道阱组合式高分辨质谱分析,共鉴定到2712种蛋白质。比较了液相色谱分离系统（一维液相色谱与二维液相色谱）和水稻叶片蛋白质提取方法（酚法、十二烷基硫酸钠法（SDS法）和三氯乙酸/丙酮法（TCA/丙酮法））对鉴定蛋白质数量的影响,结果表明：在二维液相色谱条件下,酚法、SDS法和TCA/丙酮法鉴定到的蛋白质数目为2712、2415和1914,分别是一维液相色谱条件下鉴定到的蛋白质数目的2.7、2.5和1.9倍。二维液相色谱条件下,酚法鉴定到的蛋白质数目比SDS法和TCA/丙酮法分别多297和798。与SDS法和TCA/丙酮法相比,酚法不但鉴定到的蛋白质数量多,而且能够鉴定到一些极端蛋白质,如酸性、碱性及高等电点的蛋白质。此外,对二维液相色谱条件下3种蛋白质提取方法提取到的蛋白质进行生物学功能分类,发现3种方法鉴定到的蛋白质的功能存在互补性,但酚法鉴定到的蛋白质功能种类最多。该法为水稻蛋白质组学研究提供了技术支撑,同时也为其他作物的蛋白质组学研究技术提供重要的借鉴。     

基于ProteinGoggle 2.0的组蛋白H4蛋白质变体的自上而下表征

由于大量可能蛋白质变体以及每一个翻译后修饰大量可能位点的存在,核心组蛋白上密集的组合式翻译后修饰的自上而下表征一直是一个巨大的分析挑战。结合高分辨串级质谱,基于同位素质荷比和轮廓指纹比对的整体蛋白质数据库搜索引擎ProteinGoggle 2.0在组蛋白翻译后修饰的自上而下鉴定方面拥有诸多独特的优势。该文报道ProteinGoggle 2.0对HeLa核心组蛋白H4的数据库搜索及蛋白质变体的鉴定结果。基于从UniProt网站下载的人类核心组蛋白H4的纯文本文件和“鸟枪法”注释,ProteinGoggle 2.0首先创建包含所有可能蛋白质变体的理论数据库;从纯文本文件中提取的信息主要是氨基酸序列、可能的翻译后修饰（单甲基化、二甲基化、三甲基化、乙酰化和磷酸化）及氨基酸变异（A77→P）。在控制质谱水平假阳性率低于1%的前提下,共鉴定到426个蛋白质变体,这是目前为止H4蛋白质变体的最全报道。这些ProteinGoggle 2.0鉴定到的H4蛋白质变体也与之前报道的ProSightPC 2.0的鉴定结果进行了肩并肩比较。总而言之,ProteinGoggle 2.0可以对具有复杂组合修饰及氨基酸变异的蛋白质组进行数据库搜索和蛋白质变体鉴定。     

新型等点聚焦系统用于蛋白质组样本的预分离方法研究

对蛋白质或多肽的高效分离,将有利于降低肽段信号之间的干扰,保证规模化的蛋白质组学深度覆盖鉴定,并提高定量蛋白质组分析的准确性。本研究采用一种新型的等电聚焦预分离系统(OFFGEL),考察系统对293T细胞在蛋白质与肽段水平的分级分离效果,在OFFGEL系统中聚焦后的蛋白质或肽段可以从溶液中直接回收,与下游的LC-MS/MS肽段鉴定流程兼容。实验结果表明,肽段的分离效果明显优于蛋白质的分离,分级分离后各馏分对应的等电点位置与肽段的理论等电点分布高度一致,每个馏分中单独鉴定的肽段比例超过90%,显示了该系统对肽段的高分辨分离能力,结合生物质谱技术,在293T细胞中实现6727个蛋白质的规模化鉴定,表明该系统在复杂体系蛋白质组研究中的应用潜力。