金属组学：研究生命体系中金属离子的前沿交叉学科 - 仪器信息网.pdf

中国科学 B 辑:化学 2009 年 第 39 卷 第 7 期: 590 ~ 606 SCIENCE IN CHINA PRESS 金属组学：研究生命体系中金属离子的前沿交叉 学科 ①②† ②† ①* 葛瑞光 , 陈卓 , 孙红哲 ① 香港大学化学系 化学生物学开放实验室, 香港; ② 中山大学生命科学学院整合生物学研究室, 广州 510006 * 通讯作者, E-mail: hsun@hkucc.hku.hk † 同等贡献 收稿日期：2009-01-21; 接受日期：2009-03-16 摘要 金属组学是一门新兴的前沿交叉学科, 是对若干涉及金属相关生命过程的 关键词 分子机制以及对细胞与组织内全部金属离子和金属配合物进行综合研究的学科. 在 金属组学 金属组学中, 生命体系中所有的金属蛋白质、金属酶以及其他含金属的生物分子统 金属组 称为金属组, 这个概念与基因组学中的基因组和蛋白质组学中的蛋白质组相类似. 金属药物 金属蛋白 本文对金属组学中涉及的若干概念进行阐述, 并将着重介绍金属组学中的研究技术 化学物种 和方法, 特别是“组和技术”, 即把一种高分辨率分离技术如凝胶电泳/激光切除、 色谱或者毛细管电泳与一项高灵敏度检测方法, 如电感耦合等离子体质谱、电喷雾 电离质谱、基质辅助激光解吸附质谱或者X 射线荧光/ 吸收光谱联合起来. 并重点分 析了这些方法的优缺点以及在分离鉴别金属蛋白、磷酸化蛋白以及硒蛋白、确定金 属蛋白的结构与功能的关系和医药中的金属药物活性抗药性方面的研究中的应用. 1 引言 和解毒过程起到决定性作用 [3~5]; 金属伴侣蛋白 尽管矿物元素在自然界中只是痕量存在, 但它 (metallochaperone) 保 护 并 且 协 助 金 属 酶 们在生物体系的生理和病理中起到十分重要的作用. (metalloenzyme) 的功能化[6,7]; 某些金属蛋白质, 比如 至少有 20 种矿物元素, 例如铁、铜、钴、钼、硒和 Fur(ferric uptake regulator) 、PerR(peroxide regulator) 、 锌, 是生命必需的元素; 有些元素, 例如镉、汞和铅, MtsR(metal transport repressor)和 NikR(nickel respon- 是潜在的毒素, 这类元素在细胞内的浓度必须得到 sive regulator)调控细胞内金属离子浓度和输运[8,9]; 精确的控制[1]. 据估计, 每三个蛋白质中, 就有一个 金属酶催化特定的酶反应, 比如核酸合成、代谢、抗 需要一种金属离子(通常为过渡金属离子, 比如铜、 氧化等. 因此, 化学元素分析成为诸多领域, 如生物 铁、锌或钼)作为协同因子来完成催化、调节或者结 化学、生物学、药学、药理学、营养学、农学和环境 构功能 , 因此这种蛋白质被称为“金属蛋白质 科学等中的重要学科, 并被广泛地发展, 以便 在 分 [2] 子 层 次 上了解其对生物的重要性和毒性[10,11]. (metalloprotein) ” . 某些金属蛋白质, 比如金属硫蛋 白(metallothionein), Hpn(一种幽门螺杆菌中的镍结合 随着 1995 年第一个生命体的基因组被测序[12], 蛋白)和铁蛋白(ferritin)对于