正文 第五節 肽圖譜技術(1 / 2)

一、基本原理

肽圖譜分析技術,是指蛋白質經特定蛋白酶或化學方法降解,得到具有一定特征性的肽混合物,再經一定的分離檢測手段得到蛋白質的肽圖譜,或稱肽譜、指紋譜,用於蛋白質的分析鑒定。

多肽除了分子質量與蛋白質有區別外,其功能性與蛋白質也有所不同。多肽是體現信息的使者,可以引起各種各樣的生理活動和調節生化反應;生物活性高;分子小,結構易於改造,相對於蛋白質而言較易人工化學合成;通過多肽的片斷可以深入研究蛋白質的性質,並且為改變和合成新的蛋白質提供基礎材料。隨著蛋白質組學和質譜技術的飛速發展,越來越多的研究者開始關注多肽,並隨之形成了以蛋白質組學為基礎的多肽組學(Peptdomics)。

二、研究方法

肽圖譜分析技術涉及的分離檢測技術包括SDS-PAGE、二維凝膠電泳(2-DE)、HPLC、CE、質譜分析等。

肽圖譜分析最早稱為fingerprinting(指紋術),用在血紅蛋白A(Hb A)和血紅蛋白S(Hb S)的分子病研究中,即將Hb A和Hb S分別用胰蛋白酶酶解,並分別進行紙電泳,再轉動90°進行紙層析,得到Hb A和Hb S的肽圖譜,以此比較到肽斑點上的差別,並進一步分析氨基酸序列上的差異。

早期的遺傳工程產品的肽圖譜分析采用SDS-PAGE,操作相對簡單,但SDS-PAGE對小分子肽的分辨能力有限,在染色脫色過程可能丟失。1975年由Klose和OParre發明二維電泳之後,二維電泳就成為蛋白質組學研究普遍而有力的工具,也是肽圖譜分析技術之一。

HPLC在肽圖譜技術中的應用,主要是RP-HPLC,根據肽段的大小、疏水性來分離。使用易揮發的有機溶劑作流動相,與ESI質譜有較好的匹配性。對於疏水性相同或相近的多肽,RP-HPLC則難以分辨,而CE可以勝任,CE具有快速、高效、樣品消耗少等優點,多種工作模式可供選擇,應用範圍廣泛。

二維凝膠電泳技術、計算機圖像數據處理技術和質譜技術被稱為蛋白質組學研究的三大支撐技術,而肽質量指紋譜(Peptide Mass Fingerprinting,PMF)技術涉及膠上蛋白原位酶切、MALDI-TOF-MS,並結合國際互聯網蛋白質數據庫,是蛋白質組研究中應用最多的技術。另外,FAB-MS、ESI-MS等均可運用於肽圖譜分析。質譜分析可精確測定分子質量,與蛋白序列獲得的理論計算的分子質量相比較,從而快速鑒定蛋白質的結構以及蛋白質的翻譯後修飾或突變位點等。

肽圖譜分析可以鑒定蛋白質的結構、翻譯後修飾以及突變等情況,是蛋白質組研究中十分重要工作,也是從蛋白質的角度研究疾病的重要途徑。

三、應用實例

實例1:重組L-天冬酰胺酶Ⅱ的純度分析與肽圖譜測定

韓俊等為了對重組L-天冬酰胺酶Ⅱ進行肽圖譜測定,以比較不同來源產品同一級結構的一致性,運用梯度洗脫/RP-HPLC對樣品進行純度檢查和肽圖譜測定,並提出了簡單的三氯乙酸變性方法,以解除蛋白質抗胰蛋白酶水解的能力,從而建立了重組L-天冬酰胺酶Ⅱ的三氯乙酸變性/胰蛋白酶水解測定肽圖譜的HPLC方法。

實驗用L-天門冬酰胺酶Ⅱ:樣品a為對照品;樣品b和c分別為進口藥物;樣品d為國內的基因工程產品。

胰蛋白酶專一裂解Arg和Lys羧基端的肽鍵。L-天冬酰胺酶Ⅱ的亞基中含7個Arg和24個Lys,理論上有31個裂解位點,分子內1對雙硫鍵的存在,未經還原/羧甲基化的樣品應產生31個肽段。由於酶解反應常難以完全進行(如肽鏈中Arg或Lys與Pro直接相連情況下),以及胰蛋白酶中殘留的胰凝乳蛋白酶等產生的專屬位點裂解,實際測得的肽段數高於理論值,樣品b和c的圖譜與樣品a的圖譜一致,顯示三者在此技術範圍內結構上具有同一性。樣品d的圖譜與樣品a的圖譜相比,a中箭頭所示峰為d中箭頭所示峰替代,表明肽鏈中存在氨基酸的變異,親水性更強的氨基酸取代了原有氨基酸。作者運用電噴霧離子化質譜法對上述4個樣品的分子質量進行了測定,結果顯示樣品a~c的分子質量相同,測得的分子質量均為(34541±1)u,樣品d中氨基酸發生變異的位置該方法並未涉及。