质谱和核磁共振成为研究生物大分子的重要方法 ———简介2002年诺贝尔化学奖得主的贡献

2002年诺贝尔化学奖授予了在质谱和核磁共振领域有杰出贡献的三位科学家。Jonh B. Fenn和Koichi Tanaka发展了质谱鉴定生物大分子质量的方法,Kurt Wuethrich建立了核磁共振测定蛋白质分子溶液三维结构的方法。他们的研究成果是质谱和核磁共振方法发展的里程碑,极大地推动了这两种研究方法的进一步发展。如今,质谱和核磁共振已发展成为认识生物大分子的强劲的研究手段。     

2002年诺贝尔化学奖"对生物大分子仪器分析方法的重大贡献"简介

20 0 2年诺贝尔化学奖授予了三位在生物大分子研究领域作出突出贡献的科学家 :美国科学家约翰·芬恩 ,日本科学家田中耕一以及瑞士科学家库尔特·维特里希 ,以表彰他们创造性地应用物理化学分析法对生物大分子进行结构分析测定的研究。其中芬恩和田中发明了“对生物大分子进行确认和结构分析方法”和“对生物大分子的质谱法” ,维特里希则是开创了“利用核磁共振测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。     

基于电喷雾电离串联质谱技术的植物脂质组学研究进展

研究表明,脂质不但参与植物的信号转导、小泡运输、细胞骨架重组等多种细胞过程,而且在植物的生长发育和胁迫反应中具有重要作用．但是脂质本身的多样性、复杂性、以及分析手段的滞后限制了人们对脂质的深入认识．电喷雾电离串联质谱(ESI-MS/MS)技术作为一种直接进样的高通量分析技术,能够在短时间内对大多数脂质的不同分子种进行定量分析,极大地方便了人们了解植物因环境变化和生长发育引起的组织内脂质分子种的微量变化．近年来,该技术在植物上的成功应用,推动植物脂质组学研究取得了重要进展,揭示出脂质在植物的逆境胁迫反应、防御反应中的多种功能,促进了植物脂质代谢相关基因的鉴定．而且,该技术与其他脂质分析技术结合,促使人们在脂质的分布、运输、转化和新脂质种类的鉴定方面有新的进展．概要介绍了ESI-MS/MS技术的特点,重点综述了该技术在植物脂质组学研究中的应用进展,并展望了该技术今后的发展方向.     

生物质谱技术在糖蛋白结构分析中的应用

生物质谱包括基质辅助激光解吸附飞行时间质谱及电喷雾质谱被广泛应用于生物样品如多肽、蛋白质及核酸的分析,由于这种具有软电离方式的质谱具有极高的灵敏度及准确度,目前也被成功地用于糖蛋白的结构分析,与普通的化学方法相比,质谱法快速、简单,结合网上数据库检索、凝集素亲和提取、二维凝胶电泳以及靶上直接酶切等新方法,可以提供糖蛋白的一级结构乃至高级结构的信息。     

RNA的质谱分析研究进展

核糖核酸(RNA)是一类重要的遗传物质,在生物体内起着至关重要的作用。传统的RNA测序鉴定技术既费时又费力,而且会丢失大量的RNA转录后修饰等方面的信息。随着近年来仪器的更新和技术的飞速发展,质谱技术在生物大分子研究方向得到了很好的应用,特别是基于质谱技术的蛋白质组学。相比蛋白质组学的研究来说,基于质谱技术的RNA鉴定分析更为困难,发展相对缓慢。但是,硬件方面的革新和软件方面的开发也为其发展带来了很好的契机。重点通过对质谱技术在RNA分析鉴定的介绍,从样品制备、离子化方式、碎裂方式、分析方法、数据后处理软件等几个方面展现了基于质谱技术的RNA研究进展。     

电喷雾萃取电离技术在蛋白质分析中的应用及展望

电喷雾萃取电离技术(extractive electrospray ionization,EESI)是一种能灵敏地电离固体、液体、气体、黏性样品等复杂基体中痕量大分子和小分子的新兴软电离技术．在简要介绍EESI原理的基础上,着重综述其在蛋白质分析中的应用．与商品化质谱仪器配置的电喷雾电离源(electrospray ionization,ESI)不同,EESI能够在常压条件下最大程度地保留蛋白质在样品中的原始构象,并获得大量具有生物活性的蛋白质离子．由此可见,EESI及类似的技术在蛋白质芯片制备、高分辨率氢/氘交换质谱(蛋白质结构分析)、蛋白质计量等方面具有良好的应用前景．本文也对其发展趋势进行了展望．     

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱对阪崎肠杆菌的鉴定

目的 利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)法对阪崎肠杆菌进行鉴定,建立一种高效检测阪崎肠杆菌的方法,并为该技术的推广使用及阪崎肠杆菌的进一步研究提供科学依据.方法 用MALDI-TOF-MS法检测38株野生阪崎肠杆菌、2株标准菌株和1株阴沟肠杆菌,结果与常规生化鉴定结果对比;同时对在不同培养基上培养的阪崎肠杆菌进行质谱分析比较,对比不同培养基对质谱结果是否有影响;对38株野生菌株质谱图进行聚类分析.结果 38株菌株鉴定结果均为阪崎肠杆菌,与生化鉴定结果一致,且质谱鉴定分值大多在2.0以上.通过MALDI-TOF-MS鉴定方法可以很明显地将阴沟肠杆菌与阪崎肠杆菌两种菌分开.4种培养基对MALDI-TOF-MS鉴定结果的影响不是很明显,TSA比较适合作为阪崎肠杆菌MALDI-TOF-MS鉴定的培养基.通过质谱图谱和离子峰值比较得出,所有菌株在5745 m/z附近均出现高的离子峰,在2871、4740、8288、6260和9488 m/z附近出现离子峰的实验菌株达95％以上;在差异水平在0.5时,MALDI-TOF-MS的聚类分析结果可将所有实验菌株分成5个类型,结合菌株对应的来源和种类分析表明本研究所用菌株与来源和种类之间并无明显关系.结论 MALDI-TOF-MS方法具有准确且精确鉴定阪崎肠杆菌的能力;离子峰5745m/z具有作为阪崎肠杆菌的标记性离子峰的可能;差异水平为0.5进行MALDI-TOF-MS聚类分析,未发现5个类型与来源等具有一定关系,需要进一步研究.     

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术用于常见益生菌鉴定的初步研究

目的建立基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MADLI-TOF MS)技术鉴定常见益生菌的实验方法并对MADLI-TOF MS技术的适用性进行初步评价。方法对MADLI-TOF MS技术鉴定常见益生菌过程中各影响因素进行考察,筛选出最佳的实验条件。利用19株供试菌株所得的蛋白指纹图谱对MADLI-TOF MS技术的适用性进行研究。结果建立了MADLI-TOF MS技术鉴定常见益生菌的最佳实验方法。初步证明MADLI-TOF MS技术具备在属、种、亚种以及菌株水平上鉴定常见益生菌的能力。结论建立的实验方法稳定性高、重复性好,可以作为MADLI-TOF MS技术鉴定常见益生菌的参考方法。MADLI-TOF MS技术可以作为常见益生菌鉴定的方法之一。     

基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术作为常见益生菌菌种鉴定辅助工具的研究

目的评价基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术用于常见益生菌菌株鉴定及潜在益生菌菌株筛选的可行性。方法利用16S rDNA序列分析在方法学上对MALDI-TOF MS技术的鉴定能力进行研究;通过MALDI-TOF MS技术对现有保藏菌株的鉴定结果研究MALDI-TOF MS技术的鉴定准确性及优越性。结果 MALDI-TOF MS技术具备较16S rDNA序列分析更高的菌株鉴定能力;MALDI-TOF MS技术的鉴定结果准确、稳定。结论 MALDI-TOF MS技术可以作为准确、快速、廉价及可高通量操作的菌株鉴定方法应用于常见益生菌菌株的鉴定及潜在益生菌菌株的筛选。     

真核生物转录机理的结构基础——2006年诺贝尔化学奖简介

罗杰·科恩伯格通过利用X射线衍射技术和相关方法在分子水平上第1次阐明了真核生物转录的基本机制,从而独享了2006年的诺贝尔化学奖。通过对真核生物转录研究的回顾、罗杰·科恩伯格在该领域的贡献及研究意义等几个方面介绍了本年度的诺贝尔奖,从而能对真核生物的转录机制有一个轮廓性的认识。     

结构基因组学研究与核磁共振

各种生物的基因组DNA测序计划的完成,将结构生物学带入了结构基因组学时代.结构基因组学是对所有基因组产物结构的系统性测定,它运用高通量的选择、表达、纯化以及结构测定和计算分析手段,为基因组的每个蛋白质产物提供实验测定的结构或较好的理论模型,这将加速生命科学各个领域的研究.生物信息学、基因工程、结构测定技术等的发展为结构基因组学研究提供了保证.近年来核磁共振在技术方法上的进展,使其成为结构基因组学高通量结构分析中的一个关键方法.     

激光极化技术制备核磁共振探针的方法和应用原理

通过激光增强核自旋极化技术,可以得到很高的非热平衡极化度和长驰豫时间的惰性气体（129Xe和3He),其作为核磁共振探针,具有广泛的生物医学应用价值,该文探讨了激光增强129Xe和3He核自旋极化的磁共振成像和波谱学原理,介绍了激光极化惰性气体的设备和方法,以及极化气体的收集贮存和输入过程,最后对氢核及极化核的磁共振成像,极化气体129Xe和3He的应用进行了比较性总结。     

核磁共振技术在蛋白质领域的应用

简要叙述了核磁共振技术(NMR)在蛋白质领域的研究及应用。NMR法通过测定蛋白质在稀溶液状态下反应位点的特定参数来计算蛋白质的三级结构,并可深入了解一定时间范围内化学反应和蛋白质构象转变的动力学过程。通过NMR对抗原决定簇和抗体CDR作图,可以分析其一级结构和三维构象;对抗原抗体动力学的分析,对于设计基因疫苗、检测细胞表面抗原提呈以及分析抗原抗体复合物的构象变化也有着重要意义。     

动脉粥样硬化易损斑块的核医学和磁共振分子影像学研究进展

动脉粥样硬化分子影像学通过使用具有敏感性和特异性影像对比的分子探针针对动脉粥样硬化斑块相关的特定分子进行分子成像.该方法会极大地提高对动脉粥样硬化病变特性的检测水平和增强对该病变特征,尤其对斑块的组成成份的识别能力.斑块的组成成份和斑块的破裂、斑块的易损性以及斑块破裂后导致的结果密切相关.因此了解斑块组成成份的在体无创性检测将对动脉粥样硬化病人的治疗和判断预后产生非常重要的临床应用价值.     

二维核磁共振谱在多糖结构研究中的应用

二维核磁共振谱（2D NMR）是获取多糖结构信息,尤其是在多糖序列分析方面的有力工具。本文重点介绍了在多糖结构解析中常用的几种2D NMR谱以及2D NMR解析多糖结构的方法。     

Detection of Mobile Proteins by Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy in the Guinea Pig Brain Ex Vivo and Their Partial Purification

Abstract: Proton nuclear magnetic resonance (¹H NMR) spectroscopy was used to study metabolites of the brain cortex ex vivo. The superfused brain cortex preparation was judged to be metabolically viable on the basis of the ³¹P NMR spectrum (intracellular pH of 7.23 ± 0.03 and phosphocreatine/ ATP ratio of 1.21 ± 0.09). Using'H NMR a group of previously unidentified signals was detectable at 0.94, 1.22, and 1.40 ppm with a water-suppressed spin-echo sequence. These signals had shorter spin-spin relaxation times (51-54 ms) than TV-acetylaspartate and lactate (84-93 ms) and also smaller saturation factors, an indication of shorter spin-lattice relaxation times than the latter two low-molecular-weight metabolites. The unidentified signals also displayed homo-nuclear coupling to other spins in the methine region of the spectrum. Acid extraction of the brain slices or cortex from animals that were killed yielded a mixture of proteins that exhibited NMR properties matching the ¹H NMR signals in the brain cortex. The molecular mass of these thermoresistant, "mobile' proteins, which contained proline plus hydroxy-proline (9-16% of all amino acids), ranged between 8 and 40 kDa. These "new' assigμMents of¹H NMR-detectable compounds may influence interpretation of NMR data of some metabolites, as their signals are in the vicinity of the -CH3 ¹H NMR peaks of lactate and alanine.     

Evaluation of a Quantitative Magnetic Resonance Method for Mouse Whole Body Composition Analysis

Objective: To evaluate applicability, precision, and accuracy of a new quantitative magnetic resonance (QMR) analysis for whole body composition of conscious live mice. Research Methods and Procedures: Repeated measures of body composition were made by QMR, DXA, and classic chemical analysis of carcass using live and dead mice with different body compositions. Caloric lean and dense diets were used to produce changes in body composition. In addition, different strains of mice representing widely diverse populations were analyzed. Results: Precision was found to be better for QMR than for DXA. The coefficient of variation for fat ranged from 0.34% to 0.71% compared with 3.06% to 12.60% for DXA. Changes in body composition in response to dietary manipulation were easily detected using QMR. An increase in fat mass of 0.6 gram after 1 week (p < 0.01) was demonstrated in the absence of hyperphagia or a change in mean body weight. Discussion: QMR and DXA detected similar fat content, but the improved precision afforded by QMR compared with DXA and chemical analysis allowed detection of a significant difference in body fat after 7 days of consuming a diet rich in fat even though average body weight did not significantly change. QMR provides a very precise, accurate, fast, and easy‐to‐use method for determining fat and lean tissue of mice without the need for anesthesia. Its ability to detect differences with great precision should be of value when characterizing phenotype and studying regulation of body composition brought about by pharmacological and dietary interventions in energy homeostasis.     

核磁共振波谱法在蛋白质三维结构解析中的应用

蛋白质特定的三维结构与其生物功能密切相关,因此,研究蛋白质的三维结构有助于揭示其生物功能机制。将核磁共振（NMR）波谱法应用于研究溶液状态下蛋白质的三维结构,能够更加准确地揭示蛋白质结构与生物功能之间的关系。本文综述了NMR解析蛋白质三维结构的理论和技术方法,以及NMR结合其他生物物理手段,并辅以分子建模计算法研究蛋白质三维结构的研究进展和最新方法,为精准解析蛋白质的三维结构提供思路及策略。     

基于低场核磁共振T1-T2谱技术定性和定量分析罗非鱼各组织的方法探究

形体指标的检测是鱼类常规营养评定的重要组成部分。目前,分析鱼类组织体重比的方法会对鱼体造成损伤,且取样过程复杂,迫切需要无损快速检测技术分析鱼体组织占比。低场核磁共振技术具有快速无损检测的特点,已有研究利用低场核磁共振T1谱技术检测小鼠内脂肪组织体积,但尚未有研究应用低场核磁共振T1-T2谱技术对鱼类各组织器官进行定性和定量分析。基于此,利用低场核磁共振T1-T2谱技术,将分离后的罗非鱼的肌肉组织、腹腔脂肪组织、肝脏组织、肠道组织单独以及混合后进行扫描分析,结果发现利用低场核磁共振T1-T2谱技术可以分离罗非鱼肌肉组织和腹腔脂肪组织,但是无法区分肝脏组织和肠道组织。进一步对能够实现分离的肌肉组织和脂肪组织建立定量分析的模型,分析罗非鱼组织信号强度与组织重量相关性,结果显示,肌肉组织相关性R2=0.974 3,腹腔脂肪组织相关性R2=0965 0。并利用罗非鱼活体验证了肌肉组织定量分析模型的可靠性,将活体扫描肌肉信号大小转换成肌肉组织重量并分析其与全鱼体重相关性,结果显示肌肉组织重量与体重相关性R2=0.806 9。研究表明,在鱼类营养代谢研究中,可以利用低场核磁共振T1-T2谱技术快速无损地定量分析鱼体内肌肉组织含量。     

P-31 Nuclear Magnetic Resonance Analysis of Brain: The Perchloric Acid Extract Spectrum

Abstract: Perchloric acid (PCA) extracts were prepared from liquid-N₂-frozen guinea pig brains and their organophosphate profiles examined by P-31 nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Thirty-two phosphorus-containing brain metabolites were characterized and quantitated. A distinctive feature of brain tissue metabolism relative to that of other tissues probed by P-31 NMR is its pronounced ribose 5-phosphate content. Comparison of brain metabolite levels following control or sublethal cyanide treatment (4 mg/kg) revealed specific cyanide-induced changes in brain metabolism. Brains from cyanidetreated animals were characterized by a reduced phosphocreatine content and elevated α-glycerolphosphate and inorganic orthophosphate contents relative to control. P-31 NMR spectra of brain PCA extracts at pH 7.2 were also obtained under conditions that approximate those used for in vivo and intact tissue in vitro P-31 spectroscopic analyses. The spectra reveal nine separate resonance bands corresponding to: sugar phosphates, principally ribose 5-phosphate (3.7δ); inorganic orthophosphate (2.2δ); glycerol 3-phosphorylethanolamine (0.3δ); glycerol 3-phosphorylcholine (−0.1δ); phosphocreatine (−3.2δ); adenosine tri-(β-ATP) and di-(β-ADP) phosphate ionized end-groups (−6.2δ); α-ATP, α-ADP, and nicotinamide adenine dinucleotides esterified end-groups (−11.1δ); uridine diphosphohexose, hexose esterified end-groups (−13.0δ); and β-ATP ionized middle group (−21.6δ). Knowledge of the phosphatic molecules that contribute resonances to the brain P-31 NMR spectrum as well as understanding their magnetic resonance properties is essential for the interpretation of in vivo brain spectroscopic data as well as brain extract data, since these same compounds contribute to the intact brain P-31 spectrum.