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　　【中國儀器網 行業應用】糖組學是繼基因組學和蛋白質組學后的新興研究領域，主要研究聚糖結構與功能。聚糖是繼核酸和蛋白質之后的第三類生物信息大分子，在廣泛的生物活性中扮演重要作用，是DNA-mRNA-蛋白質信息流的延續。生物質譜以其軟電離、高靈敏度、高分辨率、寬相對分子質量檢測范圍和高通量等特點，很好地解決了高極性、難揮發、熱不穩定的生物大分子的分析難題，已成為蛋白質和糖鏈研究中重要的分析手段之一。本文簡介質譜技術在糖組學研究中的應用。
 

　　糖組學的定義
 

　　糖基化是生物體內廣泛的翻譯后修飾方式，這種修飾在半數的基因產物中都有發生。所有的細胞都包被有一層致密的聚糖，這一現象說明了糖生物學在細胞生命活動中占有著重要地位。糖在生物過程中具有其它生物分子所不可替代的作用，但由于糖的結構多樣性且不是基因的直接產物，所以，迄今尚沒有闡明糖的生物功能，而有關蛋白質糖基化的功能及其分析方法也有很多問題尚待解決，這些都是基因組學和蛋白質組學所無法實現的. 因此糖生物學家在20 世紀末提出了糖組和糖組學概念，并得到科學家們的廣泛認同，在后基因組時代的生命科學研究中成為新的前沿和熱點。受基因組和蛋白質組定義的影響，糖組被定義為單一生物體中全部聚糖的總稱，糖組學則是研究糖組結構與功能的科學。但是，由于糖的種類太多，在操作上不可能一次就提取能囊括各種類型的糖類，所以，實際上很難得到一個完整的糖組，基于這個原因，在具體進行糖組研究時，更多地是研究“亞”糖組，例如糖蛋白質組、糖脂組、糖胺聚糖組，乃至代謝產物中的糖苷組。
 

　　聚糖是生物信息大分子
 

　　人們已經認同聚糖是繼核酸和蛋白質之后的第三類生物信息大分子，在廣泛的生物活性中扮演重要作用，是DNA-mRNA-蛋白質信息流的延續。盡管與DNA 攜帶遺傳信息或蛋白質進行酶催化反應不同，但聚糖確實攜帶信息并具有重要的生物功能，在諸如細胞間通訊、蛋白折疊、細胞吸附和免疫識別等生物過程中都起核心作用。生物質譜以其軟電離、高靈敏度、高分辨率、寬相對分子質量檢測范圍和高通量等特點，很好地解決了高極性、難揮發、熱不穩定的生物大分子的分析難題，已成為蛋白質和糖鏈研究中重要的分析手段之一，有力促進了生物組學的發展。
 

　　質譜技術及其原理
 

　　質譜(Mass Spectromet ry)是帶電原子、分子或分子碎片按質荷比(或質量)的大小順序排列的圖譜。質譜儀是一類能使物質粒子離化成離子并通過適當的電場、磁場將它們按空間位置、時間先后或者軌道穩定與否實現質荷比分離，并檢測強度后進行物質分析的儀器。質譜儀主要由分析系統、電學系統和真空系統組成。
 

　　用于分析的樣品分子(或原子)在離子源中離化成具有不同質量的單電行分子離子和碎片離子，這些單電荷離子在加速電場中獲得相同的動能并形成一束離子，進入由電場和磁場組成的分析器，離子束中速度較慢的離子通過電場后編轉大，速度快的偏轉小；在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉，即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小；當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，其焦面接近于平面，在此處用檢測系統進行檢測即可得到不同質荷比的譜線，即質譜。通過質譜分析，我們可以獲得分析樣品的分子量、分子式、分子中同位素構成和分子結構等多方面的信息。
 

　　質譜技術的發展
 

　　質譜的開發歷史要追溯到20 世紀初J .J .Thomson 創制的拋物線質譜裝置，1919 年Aston 制成了臺速度聚焦型質譜儀，成為了質譜發展*的里程碑。初的質譜儀主要用來測定元素或同位素的原子量，隨著離子光學理論的發展，質譜儀不斷改進,其應用范圍也在不斷擴大，到20 世紀50 年代后期已廣泛地應用于無機化合物和有機化合物的測定。現今，質譜分析的足跡已遍布各個學科的技術領域，在固體物理、冶金、電子、航天、原子能、地球和宇宙化學、生物化學及生命科學等領域均有著廣闊的應用。質譜技術在生命科學領域的應用，更為質譜的發展注入了新的活力，形成了*的生物質譜技術。
 

　　電噴霧質譜技術和基質輔助激光解吸附質譜技術是誕生于80 年代末期的兩項軟電離技術。這兩項技術的出現使傳統的主要用于小分子物質研究的質譜技術發生了革命性的變革。它們具有高靈敏度和高質量檢測范圍，使得在pmol(10-12)甚至fmol(10-15)的水平上準確地分析分子量高達幾萬到幾十萬的生物大分子成為可能，從而使質譜技術真正走入了生命科學的研究領域，并得到迅速的發展。以下主要介紹與生物醫學有關的幾項質譜技術。
 

　　質譜技術在糖組學的應用
 

　　（1）基質輔助激光解吸離子化飛行質譜
 

　　當前，基質輔助激光解吸離子化飛行質譜(matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight,MALDI-TOF)在蛋白質組研究中扮演著主要的角色。MALDI-TOF-MS具有從非衍生分子中獲得離子的能力，正確反映糖蛋白的構成，同時方便與其他技術，如HPLC、GC或外切糖苷酶結合，提供更多的結構信息。但是MALDI-TOF的分辨率和質量精度較低，會導致蛋白質鑒定的不確定性，同時會引起分子中較弱的鍵斷裂，引起糖鏈部分或全部丟失，糖鏈的定位信息和結構信息就會丟失，所以MALDI-TOF在糖組學研究中還存在遺憾。
 

　　（2）傅立葉變換離子回旋共振質譜
 

　　高分辨率、高質量精度的傅立葉變換離子回旋共振質譜(fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry，FT-ICR-MS)吸引了研究者的注意。1974年Comisarow等發明了FT-ICR-MS，幾經改進，直到Henry等將電噴霧離子化技術(electrospray ionization,ESI)引入FT-ICR-MS才真正開啟了高精度生物學分析的大門。ESI高靈敏度改進，如microelectrospray和nanoelectrospray,FT-ICR-MS可以分析真正生物水平(nmol)的生物樣品。FT-ICR-MS也受到糖組學研究的關注。FT-ICR-MS多重的*的分裂技術碰撞活化的分裂，紅外線多管子分裂以及電子捕獲分裂，可以確定后修飾的位置和修飾的結構。ECD劈開氨基酸珠簾而不影響后修飾部分，可以后修飾的結構信息。
 

　　（3）串聯質譜
 

　　為了研究一些在血清/血漿或者與疾病相關的組織中表達的聚糖的結構信息，串聯質譜技術引起了研究者們的廣泛關注。由于糖聚合物是以一組與核心結構相關的糖基化變體的形式存在的，所以對于一種聚糖混合物，它的分子量反映了其一組位點異構體。要研究聚糖的結構信息，一種方法是在質譜分析之前先純化聚糖，但由于上述的一些原因，很多情況下是無法做到的,另一種方法是用串聯質譜直接分析聚糖。串聯質譜*行質量分離，篩選出某一種離子，在MA與ESA之間進行次碰撞活化，高能量的離子產生出一級子離子；再由ESA從一級子離子中篩先出某一種離子，它經減速后在一級Q中進行第二次碰撞活化，產生低能量碰撞誘導分解產物(二級子離子)，二級子離子再通達二級Q進行分析，由于在此系統中同時檢測了高、低能量碰撞的誘導分解產物，因此可獲得較全面的離子信息。