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蛋白质谱测定蛋白质的基础原理

2023.7.26

　　蛋白质是一条或者多条肽链以特殊方式组合而成的生物大分子，大多数蛋白质会自然折叠为一个特定的三维结构。蛋白质的结构层次可以分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构：

　　一级结构：组成蛋白质多肽链的线性氨基酸序列。

　　二级结构：依靠不同氨基酸之间的C=O和N-H基团间的氢键形成的稳定结构，主要为α螺旋和β折叠。

　　三级结构：通过多个二级结构元素在三维空间的排列所形成的一个蛋白质分子的三维结构。

　　四级结构：用于描述由不同多肽链（亚基）间相互作用形成具有功能的蛋白质复合物分子。

蛋白质鉴定主要就是识别蛋白质的一级结构，一节结构是蛋白质最基本的结构，它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链。迄今已有约一千种左右蛋白质的一级结构被研究确定，如胰岛素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。对蛋白质一级结构即对肽链氨基酸的排列、分子量，以及二硫键数目和位置进行鉴定是蛋白质组学的基础，且对生物研究具有重大研究意义。

　　传统的蛋白质鉴定方法包括氨基酸组成分析和蛋白质微量测序。传统方法存在通量低、费时费力和测定结果灵敏度差等缺点。近年来，随着科学技术的不断发展，具有高通量、高灵敏度特点的蛋白质谱技术对蛋白质的分离、鉴定和分析成为蛋白鉴定的主流。质谱鉴定可以准确测定多肽和蛋白质的相对分子质量、氨基酸序列以及翻译后修饰。因此，质谱技术广泛应用于蛋白质的定量和定性研究，尤其在研究重大疾病致病机理和药理控制机制方面发挥着重要作用。

蛋白质谱的作用原理基于传统蛋白质鉴定方法，都是对蛋白质一级结构的检测。首先，将蛋白质用蛋白酶消化成肽段，在质谱仪中将肽段离子化并带上一定量的电荷，离子检测器可以根据各肽段的质荷比来鉴定它们的相对分子质量。然后，质谱仪会进一步断开某些肽段并进行二级质谱分析，以获取肽段的序列信息。最后，通过与质谱数据库进行比对分析，就可以鉴定蛋白质。常用的蛋白质质谱鉴定方法是串联质谱（MS/MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）。对于简单的蛋白样本，可以使用MS/MS技术；而对于复杂的混合蛋白样本，则通常采用LC-MS/MS方法。LC-MS/MS相对于MS/MS技术多了一个高效液相色谱分离的步骤，适用于处理更为复杂的混合蛋白样本。

蛋白质谱基础原理

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蛋白质谱测定蛋白质的基础原理

周锦帆