質譜檢測法與蛋白質分析

    質譜分析法是蛋白質研究領域和生物大分子研究領域中最重要的分析技術。由于我們對蛋白質鑒定、定量和分析的要求越來越高，希望檢測技術的靈敏度也越來越高，同時能夠對更為復雜的樣品進行分析處理，因此推動了質譜檢測技術的發展，出現了一大批新興的質譜分析方法和儀器。

    在生命科學研究工作中有一個重要問題，就是發現、鑒定蛋白質并弄清楚它們的一級結構。知道了蛋白質的氨基酸序列信息，我們就可以通過遺傳密碼將其與編碼序列對應起來，從原則上來說，也就將細胞的生理學與遺傳學聯系起來了。發現、鑒定出了一個蛋白質就好像給我們打開了一扇窗，透過這個窗口，我們就能夠對復雜的細胞調控網絡有所了解。

    在基因組學大步發展之前，我們就已經能夠使用化學方法或酶學方法來鑒定蛋白質的一級結構了，不過當時只能對單一的、高度純化的蛋白質進行分析。我們當時通常采用的方法都是檢測紫外線吸光度（ultraviolet absorbance）或熒光光譜分析（fluorescent spectroscopy）的方法。比如用化學逐步降解法，即Edman法來鑒定時是從蛋白質多肽的N端逐步降解至C端，在降解的過程中通過檢測紫外線吸光度的辦法來辨認每一個被降解下來的氨基酸殘基。不過在近20年里，有一種新方法——質譜檢測法開始逐步進入到蛋白質鑒定領域。質譜法與化學法結合，為我們提供了更多有用的信息。隨著質譜技術的進步，質譜法逐漸成為了蛋白質鑒定方面的首選方法。到了上世紀90年代中期，質譜檢測法已經取代了Edman法，成為鑒定蛋白質一級結構的主流方法。

    隨著人類基因組項目的開展，大家對質譜技術的需求也變得越來越大。人類基因組項目讓我們看到，我們可以對復雜的生物系統進行全面的高通量分析。而且人類基因組項目還向我們提供了大量的完整基因編碼序列，這對于幫助我們大量、快速鑒定蛋白質序列來說意義重大。于是，繼基因組項目之后，又迅速出現了蛋白質組學的概念，即對細胞或組織中的所有蛋白質進行系統研究。在蛋白質組學研究中，質譜技術同樣是必不可少的一項重要技術。

    不過要對“所有的”蛋白質進行分析實在是一項非常棘手的任務。雖然我們的技術在不斷進步，但到目前為止，我們還不可能對任何一個物種的“所有”蛋白質進行分析。該任務最大的難點在于任何一個蛋白質組都非常復雜，而且我們對其復雜程度一無所知。我們所知道的是，任何一個物種蛋白質組組成單位（蛋白質）的數量都要遠遠超過其基因組中所有基因的數量。這是因為，一個基因可以通過可變剪接的方式、序列多態性方式、翻譯后修飾方式以及其它蛋白質處理機制等形成多個蛋白質。而且，這些數量眾多的蛋白質各自的濃度差別也非常大，目前沒有一款儀器或者方法能夠對動態范圍如此大的樣本群體進行分析。比如我們曾預計血清蛋白質的濃度差別可能超過了10個數量級。雖然分析血清蛋白這個任務也非常困難，但是這還是推動了蛋白質及蛋白質組學分析技術的發展。本文將向您介紹幾種質譜檢測技術，它們在蛋白質分析領域的應用情況，并對它們在蛋白質組學研究工作中的價值進行討論。