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生物质谱分析技术 主讲： 胡 水 旺 南方医科大学病生教研室 E-mail:hushuiwang@163.com QQ:座机电话号码8 第一部分 系统生物学的发展 生命科学研究的目标 寻找生命活动的起源及奥秘， 解释及探索生命活动的一般规律， 延长人类的寿命 对生命的认识 1.生命是神造的、上帝造的等； 2.生命是活力； 3.生命是机器； 4.生命是信息。 系统生物学 系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科 。 系统生物学不同于以往的实验生物学——仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。 Reductionism vs Synthesis 传统生物学与还原论 reductionism 的观点 还原论假设一个复杂的系统可以分割为许多不会互相干扰的子系统，因此只要将子系统研究清楚，就能了解复杂系统的行为。 系统生物学与整合 synthesis 的观点 面对子系统不独立的可能性，而希望寻找新的方法来解决子系统间交互作用的问题。 第二部分 蛋白质组学的兴起 蛋白质研究的复杂性 蛋白质研究的复杂性 传统的蛋白质研究方法中存在的问题 1.生命现象的发生往往是多因素的，必然涉及到多个蛋白质。 2.多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发生，或呈级联因果。 3.在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动态的，并不像基因组那样基本固定不变。 随着人类基因组计划重点由结构基因组到功能基因组的转移，生命科学开始进入后基因组时代。 研究基因终产物及生命活动直接功能执行者蛋白质的科学-蛋白质组学（Proteomics）应运而生。 蛋白质组最早是由澳大利亚Macquarie 大学的Wilkins和 Williams在1994年的意大利举办的双向电泳会议上首次提出来的。 Proteome一词由“蛋白质（PROTEin）”与“基因组（genOME）”杂合而成，对于“基因组学（Genomics）”,“蛋白质组学”定义为一个基因组所表达的全套蛋白质。由Proteome进一步派生出Proteomics。 蛋白质组学 Proteomics ：是通过大规模研究蛋白质的表达水平的变化、翻译后修饰、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相互作用的整体综合信息的科学研究。 疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。 蛋白质组学的研究的机遇和挑战： 机遇：基因组计划的快速进行，大量基因序列和EST的确定为蛋白质的快速鉴定提供了良好的基础。 挑战：从单一蛋白质的研究转变到细胞和组织的整体蛋白质研究，在理论和技术上提出了挑战。 蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学 蛋白质组学常用的两大技术平台 第三部分 生物质谱技术的原理及应用 质谱技术特点 质谱仪是一个用来测量单个分子质量的仪器，实际上质谱仪提供的是分子的质量与电荷比 m/z or m/e . 质谱法是一强有力的分析技术。它可用于未知化合物的鉴定、定量分析、分子结构及化学特性的确定等方面； 所需化合物的量非常低：10-12g, 或10-15 mole； 应用范围广: 1 有机质谱法：生物、医药、聚合物、法医和环境等方面； 2 无机质谱法： 地球化学，地质矿产和无机元素分析鉴定等方面。 质谱分析原理 质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质量图谱，通过样品的质量图谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 质谱发展史 1911年:??世界第一台质谱装置（J.J.?Thomson） 40年代:?? 用于同位素测定和无机元素分析? 50年代：?开始有机物分析（分析石油）? 60年代：?研究GC-MS联用技术? 70年代：?计算机引入? 生物质谱的发展 80年代：快原子轰击电离，基质辅助激光解吸电离，电喷雾电离，大气压化学电离 质谱仪的示意图 质谱工作流程 质谱的构造 进样系统：按电离方式的需要，将样品送入 离子源的适当部位，分为加热进样和直接进样。 离子源：用来使样品分子电离生成离子 质量分析器：利用电磁场的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离 检测器：用来接受、检测和记录被分离后的离子信号 进样系统 气体进样 液体进样 固体进样 离子源 电子轰击电离（EI） 化学电离（CI） 快原子轰击（FAB） 电喷雾电离（ESI） 基质辅助激光解吸电离（MALDI） 表面增强激