电喷雾质谱中电荷态对蛋白质—金属离子相互作用的影响

发布时间：2020-11-21 18:08

　　 蛋白质-金属离子相互作用调控着生物体内诸多的生理过程,包括蛋白质结构的调节、金属离子的储存、电子的转移、氧气的运输、反应的催化等。目前,在已发现的蛋白质中,有三分之一的蛋白需要与金属离子相互作用后才能行使生物功能。研究这些蛋白质-金属离子的相互作用有助于我们更深入地理解细胞的衰老、凋亡,生物功能的失常等。目前电喷雾质谱常被用来分析蛋白质-金属离子相互作用。因为电喷雾质谱温和的离子化过程,不仅可以保持蛋白质大分子的完整结构,还可以将蛋白质-金属离子相互作用的复合物保留下来。并且相较于紫外、荧光、核磁共振等检测技术,质谱可以直接提供蛋白质-金属离子相互作用时的化学计量学信息,有助于获得相互作用中的结合常数、亲和力等数据。此外,电喷雾质谱还可以与液相色谱、毛细管电泳等技术联用,获得复杂生物样品中的蛋白质信息。然而电喷雾质谱检测中也存在着一定的问题,其中一点就是电喷雾会产生带多电荷的蛋白质离子。虽然这一特点会使蛋白质谱峰出现在较低的m/z范围内,让电喷雾质谱能够用于检测分子量较大的蛋白质,但是不同的电荷态可能会影响蛋白质-金属离子的结合。因为对于不同的电荷态,其蛋白质分子的气相三维结构、离子化效率、质谱响应因子等或多或少都存在一定的差异。所以可能会导致质谱图中,不同电荷态的蛋白质和金属离子的结合比例有所不同。本文就电荷态对蛋白质-金属离子特异性结合的影响进行了系统性地研究。我们认为,主要是因为不同电荷态的蛋白质气相结构稍许不同,导致它对金属离子的亲和力有所改变。我们采用氢氘交换和光解离的技术手段,研究了蛋白质-金属离子复合物的气相结构。了解电荷态对蛋白质-金属离子特异性结合的影响,可以帮助我们在用质谱检测蛋白质相互作用时获得更加真实可靠的数据,排除掉因为质谱检测造成的干扰。因为在以往定量研究蛋白质与金属离子相互作用时,我们通常会将所有电荷态的结合状态相加,然后计算结合常数或亲和力数据。或者会选取丰度最高的某一个电荷态,以此电荷态的结合状态为依据,计算结合常数。然而,如果电荷态对蛋白质-金属离子特异性相互作用存在影响,那么以上两种计算方式可能都存在问题。此外,我们还就电荷态对非特异性结合的影响进行了深入的研究。非特异性结合是在电喷雾过程中产生的结合,这种结合状态在溶液中并不存在。我们采用了数学模型计算,区分出了传统电喷雾质谱图中特异性结合和非特异性的结合部分,单独地研究非特异性结合与电荷态之间的关系。选取了不同的非特异性结合体系,对这种影响的机理进行了系统地研究。最后,使用感应电喷雾作为离子源,在喷雾前产生毫秒级的微电泳,分离了游离的金属离子与蛋白质复合物。结果表明,感应电喷雾离子源有效地去除了传统电喷雾离子源中存在的非特异性结合问题,获得了更真实的蛋白质-金属离子结合情况。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.63;O641.3
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 蛋白质-金属离子相互作用简介
    1.2 蛋白质-金属离子相互作用常用分析方法
        1.2.1 非质谱分析法
        1.2.2 质谱分析法
    1.3 电喷雾质谱检测中存在的问题
    1.4 本论文的研究内容与目标
第2章 电荷态对蛋白质-金属离子相互作用的影响
    2.1 引言
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 质谱仪
        2.2.3 常规纳升电喷雾离子源
        2.2.4 感应纳升电喷雾离子源
        2.2.5 蛋白质的表达与纯化
        2.2.6 荧光滴定实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 电荷态对蛋白质相互作用的表观影响
        2.3.2 利用数学计算分离特异性结合和非特异性结合
        2.3.3 利用感应电喷雾离子源去除非特异性结合
    2.4 本章小结
第3章 电荷态影响特异性结合的机理探究
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 氢氘交换实验
        3.2.3 光解离实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 利用氢氘交换研究蛋白质构象的变化
        3.3.2 利用同步辐射光解离研究蛋白质构象的变化
    3.4 本章小结
第4章 电荷态影响非特异性结合的机理探究
    4.1 引言
    4.2 实验方法
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 质谱仪
        4.2.3 蛋白质的表达和纯化
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同模型蛋白的非特异性结合
        4.3.2 蛋白质表面带电荷量对非特异性结合的影响
    4.4 本章小结
第5章 全文总结
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

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