电喷雾质谱在非共价蛋白复合物研究中的应用
1.前言
质谱作为一种分析方法，长期以来一直用于小分子化合物的结构分析。直到80 年代末电喷雾电离质谱（electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS）和基体辅助激光解析电离飞行时间质谱（matrix assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry, MALDI-TOF-MS）两种“软电离（soft ionization）”质谱的出现，才将质谱的分析范围扩大到生物大分子的结构分析。在生物界，生物分子的非共价特殊作用是分子识别的基础。因此，非共价复合物的检验在生物学上是一个重要的研究课题。虽然MALDI-TOF的较高灵敏度和Mr表征范围对于测定生物大分子物质优于ESI质谱，但是它在检测非共价复合物的应用上却受到供试品制备条件的限制[1]刘益华，徐俊福.基质辅助激光解吸飞行时间质谱在生物大分子中的应用.中国生化药物杂志.2004，25(3)：192-193。而ESI-MS对蛋白质复合物的研究在样品用量少、快速的情况下可得到可靠的数据和较多的信息。由于其具有灵敏度高、快速和质量精确度高的优点，复合物的化学计量比能够很容易地推导出。通过改变源的锥孔（cone）电压、改变溶液的pH 值和进样毛细管温度，可以比较不同化合物与蛋白质的亲合力的大小[2]Parmanik BN, Bartner PL, Mirza UA, et al. Electrospray ionization mass spectrometry for the study of
non-covalent complexes: an emerging technology[J]. J Mass Spectrom,1998,
33(10):911-920。对非共价键复合物进行部分酶解或完全酶解，还可以确定小分子与蛋白质的结合位点[3]Millar AL, Nicholas AC, Jackson NAC, et al. Rapid analysis of epitope-paratope interactions between HIV-1 and a 17-amino-acid neutralizing microantibody by electrospray ionization mass spectrometry[J]. Eur J Biochem,1998,258(1):164-169.。可见，ESI-MS可广泛用于研究蛋白质非共价键复合物。到目前为止，用ESI-MS观察到的不同的非共价键复合物包括蛋白质-蛋白质［4］Ogorzalekloo RR, Goodlett DR, Smith RD, et al. Observation of a noncovalent ribonuclease S-protein S-peptide complex by electrospray ionization mass spectrometry[J], J AM Chem Soc,1993,115(10):4391-4392，蛋白质-配体［5］Robinson CV, Chung EW, Kragelend BB, et al. Probing the nature of
noncovalent interaction by mass spectrometry. A study of protein-CoA ligand binding and assembly[J]. J Am Chem Soc,1996,118(36):8646-8653，蛋白质-寡核苷酸［6］Light-Wahl KJ, Springer DL, Winger BE, et al. Observation of a small oligonucleotide duplex by electrospray ionization mass spectrometry[J]. J Am Chem Soc, 1993,115(2):803-804.和蛋白质-双链DNA［7］Cheng XH, Morin PE, Harms AC, et al. Mass spectrometry characterization of sequence-specific complexes of DNA and transcription factor PU.1 DNA binding domain[J]. Anal biochem,1996,239(1):35-40.及蛋白质-金属离子等［8］Hu P, Loo JA. Gas-phase coordination properties of Zn2+,Cu2+,Ni2+, and Co2+ with histidine -containing peptides[J]. J AM Chem Soc,1995,117(45):11314-11319.。
2.电喷雾质谱（ESI-MS）的基本原理及特点
其原理是[9,10]岳贵花，许崇峰，卞利萍等.电喷雾质谱在非共价蛋白复合物研究中的应用. 分析化学学报,2000,16(6):495-502.王红霞，杨松成.蛋白质非共价复合物的电喷雾质谱研究进展.药学学报,2001,36(4):315-320. :在高压电场下，少量的液体在雾化气的作用下形成溶剂化离子飞向电极，在这一过程中，受外界条件作用（如逆向干燥气流），逐渐脱溶剂化以致最终溶质离子从该溶剂化离子中解吸出来形成带多电荷分子离子进入质谱。电喷雾电离的特点是蛋白质等生物分子能产生多电荷离子，使质荷比降低到多数质谱仪都可以检测的范围，因而大大扩大了分子量的分析范围。分析物离子的真实分子量可以根据质荷比及所带电荷数计算，一般由计算机软件完成。电喷雾质谱可充许有少量的盐和缓冲液，但盐和缓冲液的存在会使仪器的灵敏度降低。电喷雾质谱的优点是可以方便地与多种分离技术联用，如液质联用和毛细管电泳－质谱联用等。3．喷雾质谱（ESI-MS）在蛋白质非共价键复合物研究的应用
自1991年Ganem[11]Ganem B, LI YT, Henion JD. Detction noncovalent receptor-ligand complexes by mass spectrometry[J]. J Am Chem Soc, 1991,113(16):6249-6296.等最早应用电喷雾质谱研究细胞浆中受体蛋白FKBP12及其配体FK506和rapamycin的非共价键复合物以来，该技术被越来越多的学者所应用。有关蛋白质－配体－以及组成蛋白质的各亚基间的非共价相互
作用的文献报道很多，Joseph[12]Joseph A Loo. Mass Spectrom.
Review[J],1997,16:1.列出了近年来ESIMS在这一领域的研究进展。
3.1 蛋白质－蛋白质相互作用
很多蛋白质在体内实验中相互作用很强，而相同蛋白质寡聚体或其他形成功能蛋白复合体相互作用很弱。ESI-MS可能可以通过质量的测定对蛋白质－蛋白质复合体的结构供应直接、明确的信息。与其他光谱技术相比，这种技术有很多优势，比如，测定余因子依赖蛋白质-蛋白质相互作用[84]。
4-草酸丁烯酸酯异构体酶四级结构是第一次采用ESI-MS进行分析的寡聚蛋白[86]。根据分子筛色谱和超速离心，认为4-草酸丁烯酸酯异构体酶为五倍体[87]。X－射线衍射和质谱明确显示此蛋白质为一个41kDa的六倍体(86,88)。另一方面，四个单点突变4-草酸丁烯酸酯异构体酶只能形成单体蛋白质离子。这些数据说明自然蛋白具有寡聚行为，残基对保持六倍体结构有重要作用。
在Standing等研究的基础上，其他研究小组也开始用ESI-MS分析已知和未知寡聚蛋白质复合体的化学计量式。在proteasome催化蛋白（89,90），chaperone complex GroEL[91]，和各种血色素[92-96]的研究中均得到有趣的结果。ESI-MS 实验证明GroEL由两个七倍体环组成，并非共价结合14亚单元，总分子质量为800kDa[91]。GroEL在拥有co-chaperoneGroES的前提下才具有活性。进一步用MS 研究GroES可变部分与模型底物helix D的相互作用[97]。结合荧光交联实验得到甚至在GroEL四倍体上也有GroES及底物蛋白明显，至少式部分结合的位点。
根据MS研究，在大多数哺乳动物系统中血色素以分子量约为60kDa的四倍体存在，在低浓度下则很可能以二倍体存在。MS广泛用于研究血色素的结构。比如，镰刀红血球患者组织血液中的血色素S和胎儿血色素[98]。此研究总结了镰刀红血球病不均匀血色素混合物和其他四聚体的定量测定。所以，血红素亚基的非共价结合可用ESI-MS进行研究。质谱显示患者和胎儿血液均含有包含α2β2、
α2γβ两种杂交体的完整血红素四倍体。根据不均匀血色素杂和物质量的测定，发现在患者血液中有一种平均质量为64.6kDa独特的四倍体标记蛋白。
另一个优秀的研究显示MS可用于甲状腺传递系统寡聚蛋白的分析[99]。四倍体人类蛋白质reansthyretin通过与维生素A结合蛋白非共价结合传递荷尔蒙甲状腺
素。Transthyretin被认为淀粉纤维的组成成分，并与一些疾病如Alzheimer’s，二型糖尿病和遗传性海绵状组织脑病有关。在正常情况下，transthyretin运输甲状腺素和维生素A，但是天然型展开和单点突变分别导致老年系统淀粉样变性病和家族淀粉质神经病。Transthyretin四倍体的分裂被认为是形成淀粉状纤维的第一步[100]。McCammon等用MS试验了18种这一过程的抑制剂(99)。测定了这些配体结合，稳定四倍体结构，与transthyretin复合体相互作用及与自然配体甲状腺素竞争的能力。通过对含有六个蛋白质亚基，两个维生素A分子和两个合成配体（四个transthyretin和两个维生素A结合蛋白）的多面十组分复合物的研究发现配体的加入不会抑制transthyretin与维生素A的结合。甲状腺素与作为探针的人工合成配体的作用特点则不一样。研究积极、消极与无作用机理；并证明人工配基对甲状腺素的结合产生消极影响。Loo等[]对ADH(Alcohol Dehydrogenase)锌金属酶在乙醛、乙醇互变中的作用进行了研究，表明酵母及哺乳动物的ADHs都是均质的，在这个过程中，仅有25％的残基参与互变。在ESIMS 分析蛋白质亚基结构过程中，溶液的pH及离子源的条件都很重要，在不同pH值下，蛋白质以不同数目的亚基聚集体存在。这对我们研究蛋白质性质具有重要意义。Standing等[]Fitzgerrald M C, Chermushevish I, Standing K G, et al. Acad. Sci. USA[J], 1996,93:6851.采用ESI-TOF-MS对4OT酶的低聚结构进行分析、测试，结果表明在溶液中其以六聚体存在，这和以往的X-Ray衍射结果一致。对Silurus Asotus Roe Lectin(SAL)的ESIMS测定表明SAL的单体分子量为31 750Da，而沉淀平衡法测定的分子量为95 200Da。由此可以说明该蛋白质在溶液中以三聚体的形式存在。经基质辅助激光解吸飞行时间质谱测定验证了这一推断[]Murayama K, Taka H, Kaga N, et al. Anal. Biochemistry[J], 1997,247:319.。Lafitte 对钙调节蛋白在溶液中及变性条件下的蛋白质聚合体的研究与超离心测定结果一致[36]Lafitte D, Heck A J R, Hill T J, et al. Eur. J. Biochem[J]. , 1999,261(1): 337.
3.2 蛋白质和配体
MS用于配体-蛋白质非共价作用的研究最初关注于完整亚铁血红素-肌血球素化合物[40]及完整复合FK结合蛋白（FLBP）[61]，后者为免疫抑制结合蛋白，可与免疫抑制剂FK506、rapamycin结合。非共价ESI-MS可以测定蛋白质-配体化合物
的分子质量，所以它可以精确的区分结合在同一位点上的两个接近的相关配体。Ras蛋白结合GDP和GTP的研究有力的证明了这一点[73,74]。ras蛋白为细胞生长调整蛋白；结合GDP后活性丧失。因此，研究细胞生长过程对于区分GDP-ras蛋白与GTP-ras蛋白非常重要。根据分子质量的差别，以上两种非共价结合物很容易通过ESI-MS区别出来（Mw GDP-ras=19295Da；GTP-ras=19375Da）。
ESI-MS不仅可用于确定配体的质量及其结合化学计量，它还可用于估计溶液中不同蛋白质-配体的相对强度[75-77]。杨松成等[]王红霞，张学敏，杨松成等.中国科学（C辑），2002，32（4）：355－360.系统地用电喷雾质谱研究了重组人受体蛋白FKBP12(rhFKBP12)和其小分子神经生长促进剂配体的非共价键相互作用, 从52 个化合物中筛选出3个有非共价键结合的化合物000107， 000308 和A2B12，并通过竞争实验测定了它们与rhFKBP12 的结合位点和相对结合强度。其中000107 和000308 与rhFKBP12 非共价键复合物的X 晶体衍射结果与
ESI-MS 的结果吻合。小分子化合物000308在鸡胚背根神经节无血清培养实验中有很好的促神经生长活性, 表明ESI-MS 能够在分子水平上为新药筛选提供依据, 是很有发展前途的新方法。
Rostom等[80]发现58kDa的外周胞质氨基酸受体蛋白OppA可与11个不同性质的多肽发生作用。将具有2，3和5个氨基酸残基的多肽加入到OppA中。ESI-MS实验证明，OppA与三肽、二肽均可形成化合物，其中前者的的亲和力较大，而与五肽或N-末端乙酰化后的三肽无法形成化合物。具有单一D氨基酸残基的三肽与天然OppA无法结合。对氨基酸结合比例和低能量MS条件下的自由蛋白的分析与液相Kd 测定的结果相似。此研究得到的结果很好的反映了这一蛋白不论序列可包含细胞二肽和三肽的生理特性。
3.3 蛋白质和金属
金属离子对酶的催化性及结构稳定性都非常重要，同时对许多蛋白质的生物功能也具有重大的作用。研究金属离子与蛋白质相互作用的方法有许多（如吸收光谱、园二色谱、NMR等）。近年来采用-./*.研究二者的相互作用也取得了很大进展。结合金属离子后，根据ESI-MS测得的蛋白质质谱的变化可得到直接、准确金属与蛋白质结合的化学计量数据[66-68]。等用ESI-MS估计Ca2＋结合蛋白（calbindin D28k）的金属结合化学计量式[69]。传统方法认为calbindin D28k具有3－6个
Ca2+结合位点[70-72]。ESI-MS最终显示一个calbindin D28k分子可结合4个Ca2＋离子[69]。无Ca2＋蛋白质和结合Ca2＋后质量相差151Da（4×38＝152）。Ca2＋离子的质量为40Da，而质谱得到每增加一个Ca2＋质量增加38Da。这是因为Ca2＋及二价金属离子一般在结合时会替代两个质子（2Da）。Witkowska[]Witkowska HE, Shackleton CHL, Dahlman-Wright K, et al. J. AM. Chem. Soc[J]., 1995,117:3319研究了糖皮质激素受体的DNA结构域与Zn2+、Ca2+结合的特性。结果表明糖皮质激素受体含有2个锌指，每4个半胱氨酸残基与一个Zn2＋作用，在CysCysHisCys型锌指结构中二个巯基各脱去一个质子后与Zn2＋结合。近年来，对钙调节蛋白与金属离子Ca2＋，Cd2＋的结合，以及钙调节蛋白-蜂毒素- Ca2＋的研究证实ESIMS已逐渐成为探测蛋白质-金属离子复合物的重要工具之一[]Chazin W, Veenstra TD. Rapid Communications In Mass Spec[J]., 1999,13(6):548. Veenstra TD, Tomlinson AJ, Benson L.J. Am. Soc. Mass Spectrom[J]., 1998,9(6):580.
3.4 蛋白质和核苷酸
最初ESI-MS 的研究研究之一是将ds-DNA与真核tRNA因子（PU1）DNA-结合位点连接起来（81）。PU.1-DNA结合位（DBD）蛋白与天然型目标DNA序列混合物产生的ESI-MS谱图仅出现1:1蛋白质-ds-DNA化合离子和自由ds-DNA。当序列不同的PU.1-DBD蛋白质，天然目标蛋白和突变目标蛋白混合时，仅得到与天然蛋白1:1的化合物，这与凝胶电泳实验的结果一致。这些数据充分说明PU.1蛋白质DNA化合物不仅仅是由碱性氨基酸与负离子磷酸DNA骨架作用造成的。而且，数据突出蛋白质之间特定的作用序列。
Potier等用相似的方法测定蛋白质-DNA化合物[82]。ESI-MS用于研究了trp apo-repressor(TrpR)，色氨酸及它们特定的操纵子DNA序列的相互作用。Trp operator/repressor是生物化学领域研究最多的翻译系统[83]。结合色氨酸后，repressor protein改变构形，并使其得以结合于其操纵DNA序列，从而抑制其基因的表达。在5mM醋酸铵中，TrpR为部分展开的单体。结合TrpR必须在含有两个对称排列CTAG的21个碱基对DNA，同时形成1:1的同型二聚体。另外，为了鉴定TrpR 与其目标蛋白结合的特异性，它们做了竞争实验。此试验中，他们将蛋白质与相
同浓度三种不同DNA混合，分离出的CTAG序列的分别为2，4，6bp。仅4bp的DNA 序列可与TrpR作用。这个实验表明，ESI-MS也可用于蛋白质-DNA化合物作用序列的鉴定。
虽然ESI在蛋白质-DNA化合物中的应用相对较新，这两个报道说明MS可以提供精确的结合化学计量数。对于一个特定的DNA序列来说，可以确定某一蛋白与其发生亲和作用的特点。但是，在分析蛋白质－DNA化合物时，DNA磷酸骨架的极性过高。碱金属离子与寡核苷酸极易发生紧密结合，这样会使峰宽加大，并使质量测定发生偏差。然而，目前。MS的分辨率对于钠加合物来说还是足够的。
3.展望
在现今的生命科学发展中,以快速、灵敏的检测方法来提供分子间相互作用的信息及生物大分子的结构信息将为我们从分子水平上认识生命现象提供极大的帮助。以生物质谱如ESIMS、MALDIMS等参与的分析、测试手段方法将在这片新的科研领域中越来越显示其重要性。
从前面的讨论中我们已知道在非共价复合物的研究中，需要对实验条件进行细致的设计、安排。虽然已有多篇关于采用MS研究非共价键和复合物的研究报道，但每一具体的样品仍需采用不同的条件及方法R同时由于经验的不足>在解析质谱谱图中仍有一定的难度，这需要广大的科研工作者进一步的努力。MS并不能为我们提供物质结构的直观图像，因此需要我们根据所测大分子的各片段质量数进一步推测。完全依靠MS分析样品分子结构及分子间相互作用还是有一定的难度。但是它提供了NMR、X-Ray衍射等方法所不能测得的信息。对我们的前沿研究仍具有重大意义。我们有理由相信，在未来的分析中将会建立起一系列基于MS参与分析、研究的新的仪器分析方法。
Title:Electrospray-ionization mass spectrometry for protein conformational studies
Author(s):Grandori R
Source: CURRENT ORGANIC CHEMISTRY 7 (15): 1589-1603 OCT 2003
Document Type: Review
Language: English
Cited References: 146Times Cited: 1
Abstract: The possibility to study large molecules and their non-covalent interactions by mass spectrometry (MS) has opened novel ways to investigate protein folding and binding reactions. MS
can be applied to protein conformational studies in two conceptually different ways. One approach uses MS to monitor mass changes produced by conformation-sensitive reactions, such as hydrogen/deuterium (H/D) exchange, alkylation and radiolysis. The second approach directly exploits the conformation dependence of the charge-state distributions (CSDs) of the multiply charged protein ions produced by electrospray-ionization (ESI). This review focuses on the information that has been provided by the latter kind of studies. An attempt is made to summarize and discuss the available evidence about the mechanism underlying this technique and its possible applications. The results of the studies described here include equilibrium and kinetic characterization of protein folding transitions and detection of folding intermediates. The case studies of myoglobin (Mb) and cytochrome c (cyt c) are discussed in particular detail. The unprecedented advantages offered by MS in the analysis of heterogeneous samples can now be applied to the study of dynamic systems involving different conformational states.
KeyWords Plus: CHARGE-STATE DISTRIBUTIONS; PROTON-TRANSFER REACTIVITY; MOLTEN-GLOBULE STATE; CYTOCHROME-C IONS; GAS-PHASE; STRUCTURAL CHARACTERIZATION; DYNAMIC CHARACTERIZATION; FOLDING INTERMEDIATE; THERMAL-DENATURATION; HYDROGEN-EXCHANGE Addresses: Grandori R (reprint author), Johannes Kepler Univ, Inst Chem, Altenbergerstr 69, Linz, A-4040 Austria
Johannes Kepler Univ, Inst Chem, Linz, A-4040 Austria
Publisher: BENTHAM SCIENCE PUBL LTD, PO BOX 1673, 1200 BR HILVERSUM, NETHERLANDS
Subject Category: CHEMISTRY, ORGANIC
IDS Number: 730EX
ISSN: 1385-2728
Title: Electrospray ionization mass spectrometry in the study of biomolecular non-covalent interactions
Author(s): Veenstra, Timothy D.
Source: Biophysical Chemistry 79 (2) : 63-79 June 7, 1999
Language: English Medium: print
Abstract: In the past mass spectrometry has been limited to the study of small, stable molecules, however, with the emergence of electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) large biomolecules as well as non-covalent biomolecular complexes can be studied. ESI-MS has been used to study non-covalent interactions involving proteins with metals, ligands, peptides, oligonucleotides, as well as other proteins. Although complementary to other
well-established techniques such as circular dichroism and fluorescence spectroscopy, ESI-MS offers some advantages in speed, sensitivity, and directness particularly in the determination of the stoichiometry of the complex. One major advantage is the ability of ESI-MS to provide multiple signals each arising from a distinct population within the sample. In this review I will discuss some of the different types of non-covalent biomolecular interactions that have been studied using ESI-MS, highlighting examples which show the efficacy of using ESI-MS to probethe structure of biomolecular complexes.
Address: Veenstra, Timothy D.; Environmental and Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest National Laboratories, MSIN K8-98, Richland, WA, 99352, USA
ISSN: 0301-4622
MAJOR CONCEPTS: Biochemistry and Molecular Biophysics; Methods and Techniques
CONCEPT CODE: 10050, Biochemistry methods - General; 10060, Biochemistry studies - General; 10502, Biophysics - General
Methods and Equipment Data:
蛋白质组学研究方法选择及比较 目前研究蛋白组学的主要方法有蛋白质芯片及质谱法，本文将从多方面对两种研究方法进行了解与比较； 蛋白质芯片（Protein Array） 将大量不同的蛋白质有序地排列、固定于固相载体表面，形成微阵列。利用蛋白质分子间特异性结合的原理，实现对生物蛋白质分子精准、快速、高通量的检测。 主要类型： ●夹心法芯片(Sandwich-based Array) ●标记法芯片(Label-based Array) ●定量芯片(Quantitative Array) ●半定量芯片(Semi-Quantitative Array) 质谱（Mass Spectrometry） 用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离后进行检测，测出离子准确质量并确定离子的化合物组成，即通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法。 主要类型：
●二维电泳+质谱(2D/Mass Spectrometry, MS) ●表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(Surface-enhanced laser desorption/ionization- time of flight, SELDI) ●同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ) Protein Array or Mass Spectrometry？ 如何选择合适的研究方法？以下将从六个方面进行比较与推荐： 1.筛查蛋白组学表达差异 建议选择：RayBiotech（1000个因子的芯片）+质谱 a)不同的方法学有不同的特点：对于质谱，可以筛查到未知的蛋白，但是对于分子量大、 低丰度的蛋白质，质谱的灵敏度和准确性有一定的限制。 b)不同的方法能筛查到的目标不同：根据Proteome Analysis of Human Aqueous Humor 一文中报道，质谱筛查到的差异蛋白集中在小分子与代谢物。而用RayBiotech芯片筛查到的结果，多是集中在细胞因子、趋化、血管、生长等等。 c)质谱筛查到355个蛋白，而RayBiotech抗体芯片也筛查到328个蛋白，且用定量芯片 验证25个蛋白有差异，这些蛋白是质谱找不到的。目前RayBiotech夹心法抗体芯片已经可以检测到1000个蛋白，采用双抗夹心法，尤其是对于低丰度蛋白，有很好的灵敏度和特异性，很多的低丰度蛋白是抗体芯片可以检测出来，而质谱检测不到的，且样品不经过变性和前处理，保持天然状态的样品直接检测，对于蛋白的检测准确度高。 d)质谱的重复性一直是质谱工作者纠结的问题，不同操作者的结果，不同样品处理条件， 峰值的偏移等影响因素都会产生大的影响；RayBiotech的夹心法芯片重复性高。
浅析电喷雾质谱仪中的电喷雾系统 王化斌 刘钟栋 郑隆钰 卢奎 (郑州工程学院,郑州 450052) 曹书霞 (郑州大学,郑州 450052) 刘艳 (清华大学,北京 100084) 摘 要:本文主要介绍了电喷雾质谱仪中的电喷雾部分的基本组成及基本原理。主要包括电喷雾的过程、喷雾源、气相离子的选择以及在电喷雾系统中发生的相关气相化学反应。最后介绍了电喷雾质谱的优缺点。 关键词:电喷雾,电喷雾质谱仪 The Basic Construction and Principles of the Electro_spray System in Electro_spray Mass Spectrometry Wang Huabin,Liu Zhongdong,Zheng Longyu,Lu Kui (Zhengzhou Institute of Technology,Zhengzhou 450052) Cao Shuxia (Zhengzhou University,Zhengzhou 450052) Liu Yan (Tsinghua University,Beijing 100084) Abstract:This article mainly introduced the basic construction and principles of the electro_spray sys tem of electro_spray mass spectrometry including the processes of electro_spraying,sampling gas phase ions and the accompanying chemical reactions and last the authors gave a roughly summary of the electro_spray mass spectrometry s advantages and disadvantages. Key words:Electro_spray,Electro_spray mass spectrometry 前言 电喷雾作为一种产生气相离子的方法是由Dole和他的合作者们于1968年提出的,在1973年,Dole等人提出将电喷雾与传统质谱仪联用,而 95
人教版高中化学必修2《1.3.2共价键及共价化合物》巩固练习及答案 1.下列关于化学键的有关说法中正确的是( )。 A.化学键存在于原子之间,也存在于分子之间 B.两个原子之间的相互作用叫作化学键 C.离子键是阴、阳离子之间的相互吸引力 D.化学键通常指相邻原子之间强烈的相互作用 【答案】D 2.下列物质中,属于共价化合物的是( )。 A.Na2S B.NH4NO3 C.H2 D.CS2 【解析】A项Na2S是由活泼金属与非金属组成的离子化合物,B项NH4NO3是由非金属元素组成的离子化合物,C项是非金属单质,D项是共价化合物。 【答案】D 3.下列事实能证明氯化氢是共价化合物的是( )。 A.氯化氢极易溶于水 B.液态氯化氢不导电 C.氯化氢不易分解 D.氯化氢溶液可以导电 【解析】共价化合物只含共价键,熔融时不发生电离,故其液态时不导电。 【答案】B 4.下列各组中每种物质都既有离子键又有共价键的一组是( )。 A.NaOH、H2SO4、(NH4)2SO4 B.MgO、Na2SO4、HNO3 C.Ba(OH)2、Na2CO3、Na3PO4 D.HCl、Al2O3、MgCl2 【解析】A项中H2SO4是共价化合物,只含共价键;B项中MgO只含离子键,HNO3只含共价键;D 项中HCl只含共价键,Al2O3、MgCl2只含离子键。 【答案】C 5.下列说法错误 ．．的是( )。 A.含有共价键的化合物一定是共价化合物 B.在共价化合物中一定含有共价键 C.含有离子键的化合物一定是离子化合物 D.离子化合物中可能含有共价键 【解析】离子化合物中可能含有共价键,如NaOH,故A项错误。 【答案】A 6.下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是( )。 A.BF3 B.H2O C.SiCl4 D.PCl5 【答案】C 7.短周期元素X、Y、Z所在的周期数依次增大,它们的原子序数之和为20,且Y2-与Z+核外电子层的结构相同。下列化合物中同时存在极性键和非极性键的是( )。 A.Z2Y B.X2Y2 C.Z2Y2 D.ZYX
浅谈蛋白质质谱分析方法及应用 董义龙 (单位：毕节学院，化学与化学工程学院，2009级化学教育本科三班,学号:06320904031） 摘要：随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要的综 述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点，方法及蛋白质质谱分析的原理，方式 和应用，并对其发展前景着出展望。 关键词：蛋白质质谱分析原理与方法 蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干质量的50%以上。作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行，调节代谢，抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此，蛋白质也是生命科学中极为重要的研究对象。关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题，其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。随着生命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发展迅速。 1 蛋白质组学研究的背景和意义 1．1蛋白质组学的产生 20世纪90年代开始的人类基因组计划(}Iuman Genome Project，HGP)是人类有史以来最伟大的认识自身的世纪工程，旨在阐明人类基因组DNA3×109核苷酸序列，希望在分子水平上破译人类所有的遗传信息。经过各国科学家十几年的努力，HGP已取得了巨大的成绩。在揭示基因组精细结构的同时，也凸现了基因数量有限性和基因结构的相对稳定性，这与生命现象的复杂和多交性之间存在着巨大的反差。这种反差促使人们认识到：基因只是遗传信息的载体。要研究生命现象，阐释生命活动的规律，只了解基因组的结构是远远不够的。对于生命活动的主要体现者——蛋白质进行更全面和深入的研究是目前生命科学研究的迫切需要和重要任务。后因组时代中功能基因组(Functional Genomics)的研究采用一些新的技术，如微阵列，DNA芯片对成千上万的基因表达进行分析比较，并从基因整体水平上对基因的活动规律进行阐述。它摒弃经典分子生物学零敲碎打地研究个别基因的习惯，力求从细胞水平上解决基因组问题以建立对生命现象的整体认识。但是，生命现象的主要体现者是蛋白质，而蛋白质有其自身的特定活规律仅仅从基因的角度来研究是远远不够的l 31。因此，产生了一门在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质组学(Proteomics)。 1．2蛋白质组学的概念 “蛋白质组”是澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Williams等于1994年在意大利一次学术会议上首次提出的，最早见诸于文献是在1995年7月的(Electrophoresisj)杂志上【41指的是基因组编码的全部蛋白质。』4一义上来讲，蛋白质组(proteome)是指：“一个细胞或一个组织基因组所表达的全部蛋白质”。蛋白质组是一个动态的概念，它是对应于一个基因组的所以蛋白质构成的整体，而不是局限于一个或几个蛋白质。它不仅在同一个机体的不同组织和细胞表 达情况不同，在同一机体的不同发育阶段、直至消亡的全过程中也不断变化；机体处于不同生状态下不同，在不同外界环境下也是不同的。实际上每一种生命运动形式，都是特定蛋白质群体不同时间和空间出现并发挥功能的不同组合的结果。蛋白质组的研究是从整体水平上研究细胞或有机体内蛋白质的组成及其活动规律，包括细胞内所有蛋白质的分离、蛋白质表达模式的识别、蛋白质的鉴定、蛋白质翻译后修饰的分析及蛋白质组数据库的构建。这一术语一经提出，很快得到国际生物学界的广泛关注。第～次国际性的“蛋白质组学”会议于1997年召开，同年出版了第
生物质谱技术在蛋白质组学中的应用（北京大学药学院 杨春晖 学号：10389071） 一、 前言[1，2] 基因工程已令人难以置信的扩展了我们关于有机体DNA序列的认识。但是仍有许多新识别的基因的功能还不知道，也不知道基因产物是如何相互作用从而产生活的有机体的。功能基因组试图通过大规模实验方法来回答这些问题。但由于仅从DNA序列尚不能回答某基因的表达时间、表达量、蛋白质翻译后加工和修饰的情况、以及它们的亚细胞分布等等，因此在整体水平上研究蛋白质表达及其功能变得日益显得重要。这些在基因组中不能解决的问题可望在蛋白质组研究中找到答案。蛋白质组研究的数据与基因组数据的整合，将会在后基因组研究中发挥重要作用。 目前蛋白质组研究采用的主要技术是双向凝胶电泳和质谱方法。双向凝胶电泳的基本原理是蛋白质首先根据其等电点，第一向在pH梯度胶内等电聚焦，然后转90度按他们的分子量大小进行第二向的SDS-PAGE分离。质谱在90年代得到了长足的发展，生物质谱当上了主角，蛋白质组学又为生物质谱提供了一个大舞台。他们中首选的是MALDI-TOF，其分析容量大，单电荷为主的测定分子量高达30万，干扰因素少，适合蛋白质组的大规模分析。其次ESI为主的LC-MS 联机适于精细的研究。本文将简介几种常用的生物质谱技术，并着重介绍生物质谱技术在蛋白质组学各领域的应用。 二、 生物质谱技术[3，4] 1．电喷雾质谱技术（ESI）[5] 电喷雾质谱技术( Electrospray Ionization Mass Spectrometry , ESI - MS) 是在毛细管的出口处施加一高电压,所产生的高电场使从毛细管流出的液体雾化成细小的带电液滴,随着溶剂蒸发,液滴表面的电荷强度逐渐增大,最后液滴崩解为大量带一个或多个电荷的离子,致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子, 使质量电荷比(m/ z)降低到多数质量分析仪器都可以检测的范围,因而大大扩展了分子量的分析范围,离子的真实分子质量也可以根据质荷比及电荷数算出。 2．基质辅助激光解吸附质谱技术（MOLDI）[5-7] 基质辅助激光解析电离（MOLDI）是由德国科学家Karas和Hillenkamp发现的。将微量蛋白质与过量的小分子基体的混合液体点到样品靶上，经加热或风吹烘干形成共结晶，放入离子源内。当激光照射到靶点上时，基体吸收了激光的能力跃迁到激发态，导致蛋白质电离和汽化，电离的结果通常是基体的质子转移到蛋白质上。然后由高电压将电离的蛋白质从离子源转送到质量分析器内，再经离子检测器和数据处理得到质谱图。TOF质量分析器被认为是与MALDI的最佳搭配，因为二者都是脉冲工作方式，在质量分析过程中离子损失很少，可以获得很高的灵敏度。TOF质量分析器结果简单，容易换算，蛋白质离子在飞行管内的飞行速度仅与他的(m/z)-1/2成正比，因此容易通过计算蛋白质离子在飞行管内的飞
分类号 学校代码１０５４２密级 学号２０１００２１２１３６６ 炔类药物及其代谢物的高效衍生 一电喷雾质谱分析 Ｈｉｇｈｌｙ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｒｉｖａｔｉｏｎｆｏｒＥＳＩ－ＭＳｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆａｌｋｙｎｙｌｄｒｕｇｓａｎｄｔｈｅｉｒ ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ ?…‘ 研究生姓名指导教师姓名、职称学科专业研究方向 朱卫桃 郭宾副教授 药物分析 色谱与药物分析 湖南师范大学学位评定委员会办公室 二零一三年五月
摘要 本文研究的炔类药物是指化学结构中含有炔基基团的化合物，包括人工合成和天然来源药物，如长效雌激素、孕激素、单胺氧化酶抑制剂、烯二炔类抗生素、逆转录酶抑制剂等，在人工避孕、降血糖、抗癌等方面应用较广。多数炔类药物在服用后的体内代谢过程复杂，其检测难点是含量低、结构多样、基质干扰大，同时又因离子化问题（如炔类激素）Ｉ琨ＮＴ高灵敏度和选择性质谱的运用。为实现复杂生物基质中炔类药物的有效分析，本论文从分子结构修饰入手，探索新型的样品衍生化策略，进而建立一种高效、专一、灵敏的高效液相色谱．质谱生物体液检测方法，因此在拓展常规质谱检测技术的运用范围上具有重要的方法学意义。 基于炔类药物结构有着相同的炔基基团，本课题利用点击化学反应原理将叠氮化合物与待测物分子环化加成，生成质荷比增大的衍生物离子，不仅提高了分析物在电喷雾质谱中的离子化效率，而且有效降低基质中的杂质干扰；同时该方法具有产率高、副产物少、产物易于分离、反应条件简单等优点，便于对炔类药物的进行定量分析。这种基于学科交叉优势的新型检测筛选方法很适合“一锅法’’对生物基质中的多种端基炔类激素的同时定量检测和代谢物的定性鉴别。该方法被成功运用于相关激素类药物及其复杂代谢产物的检测和筛查。 本论文的主要工作如下： １．基于叠氮．炔点击反应的化学原理，首先优化筛选出一种高效
广州辉骏生物科技有限公司 蛋白质质谱鉴定 一、技术概述 质谱是将待测物质变为气态离子并将离子按质荷比（m/z）进行分离，检测各种离子谱峰的强度而实现分析的一种方法。 蛋白质定性通常采用质谱分析结合数据库检索的方法，所分析的样本可以是蛋白质溶液、蛋白质胶条或胶点。 简单蛋白样本，例如双向电泳斑点或纯化蛋白，通常采用MALDI-TOF/TOF质谱（MS/MS）进行分析。 混合蛋白样本，例如蛋白溶液，或SDS-PAGE条带，通常采用液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术进行分析。应用领域有：亚细胞组分的全谱分析，IP、co-IP、Pull-down后的互作蛋白鉴定，或其他中等复杂蛋白样本的鉴定。 二、技术原理 串联质谱（MS/MS）检测蛋白的原理是：蛋白先经胰酶消化成肽段，肽段在质谱仪中离子化后，会带上一定量的电荷，通过检测器分析，可得到各肽段的质荷比（m/z），从而得知各肽段的相对分子质量。为获得肽段的序列信息，质谱仪会选取某些肽段进行破碎，再次分析，获得二级质谱。用检索软件选择相应的数据库对质谱数据进行分析，同时以打分的形式评判鉴定结果，当打分大于某个阈值时，即判定质谱鉴定成功，反之则鉴定失败。 LC-MS/MS方法是将蛋白酶切消化为肽段混合物，之后这些肽段先经高效液相色谱分离形成简单的组分，再进行串联质谱（MS/MS）分析；因此适合于混合蛋白样本的鉴定。 三、技术优势 1. 采用高效液相色谱和质谱联用的分析方法，可以一次性鉴定成百上千种蛋白质。 2. 鉴定准确性和灵敏度高。 四、技术流程 蛋白样本制备——蛋白酶解——串联质谱分析（或LC-MS/MS分析）——数据库检索——蛋白质鉴定结果
生命科学被誉为２１世纪的最前沿科学之一，随着人类第一张基因序列草图的完成和发展，生命科学的研究也将进入一个崭新的后基因组学，即蛋白质组学时代。正如基因草图的提前绘制得益于大规模全自动毛细管测序技术一样，后基因组研究也将会借助于现代生物质谱技术等得到迅猛发展。本文拟简述生物质谱技术及其在生命科学领域研究中的应用。 １．质谱技术 质谱（ＭａｓｓＳＰｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）是带电原子、分子或分子碎片按质荷比（或质量）的大小顺序排列的图谱。质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离，并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。 质谱分析的基本原理 用于分析的样品分子（或原子）在离子源中离化成具有不同质量的单电行分子离子和碎片离子，这些单电荷离子在加速电场中获得相同的动能并形成一束离子，进入由电场和磁场组成的分析器，离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，其焦面接近于平面，在此处用检测系统进行检测即可得到不同质荷比的谱线，即质谱。通过质谱分析，我们可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成和分子结构等多方面的信息。 质谱技术的发展 质谱的开发历史要追溯到２０世纪初Ｊ．Ｊ．Ｔｈｏｍｓｏｎ创制的抛物线质谱装置，１９１９年Ａｓｔｏｎ制成了第一台速度聚焦型质谱仪，成为了质谱发展史上的里程碑。
蛋白质质谱分析研究进展作者：汪福源蛋白质质谱分析研究进展摘要：随着科学的不断发展，运用质谱法进行蛋白质的分析日益增多，本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点、方法及蛋白质质谱分析的原理、方式和应用，并对其发展前景作出展望。关键词：蛋白质，质谱分析，应用前言：蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干质量的50%以上，作为生命的物质基础之一，蛋白质在催化生命体内各种反应进行、调节代谢、抵御外来物质入侵及控制遗传信息等方面都起着至关重要的作用，因此蛋白质也是生命科学中极为重要的研究对象。关于蛋白质的分析研究，一直是化学家及生物学家极为关注的问题，其研究的内容主要包括分子量测定，氨基酸鉴定，蛋白质序列分析及立体化学分析等。随着生命科学的发展，仪器分析手段的更新，尤其是质谱分析技术的不断成熟，使这一领域的研究发展迅速。自约翰.芬恩(JohnB.Fenn)和田中耕一(Koichi.Tanaka)发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法及发明了对生物大分子的质谱分析法以来，随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃、最富生命力的前沿研究领域之一[1]。它的发展强有力地推动了人类基因组计划及其后基因组计划的提前完成和有力实施。质谱法已成为研究生物大分子特别是蛋白质研究的主要支撑技术之一，在对蛋白质结构分析的研究中占据了重要地位[2]。1．质谱分析的特点质谱分析用于蛋白质等生物活性分子的研究具有如下优点：很高的灵敏度能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。2．质谱分析的方法近年来涌现出较成功地用于生物大分子质谱分析的软电离技术主要有下列几种：1)电喷雾电离质谱；2)基质辅助激光解吸电离质谱；3)快原子轰击质谱；4)离子喷雾电离质谱；5)大气压电离质谱。在这些软电离技术中，以前面三种近年来研究得最多，应用得也最广泛[3]。3．蛋白质的质谱分析蛋自质是一条或多条肽链以特殊方式组合的生物大分子，复杂结构主要包括以肽链为基础的肽链线型序列[称为一级结构]及由肽链卷曲折叠而形成三维[称为二级，三级或四级]结构。目前质谱主要测定蛋自质一级结构包括分子量、肽链氨基酸排序及多肽或二硫键数目和位置。3.1蛋白质的质谱分析原理以往质谱(MS)仅用于小分子挥发物质的分析，由于新的离子化技术的出现，如介质辅助的激光解析/离子化、电喷雾离子化，各种新的质谱技术开始用于生物大分子的分析。其原理是：通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值(M/Z值)的蛋白质离子分离开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。3.2蛋白质和肽的序列分析现代研究结果发现越来越多的小肽同蛋白质一样具有生物功能，建立具有特殊、高效的生物功能肽的肽库是现在的研究热点之一。因此需要高效率、高灵敏度的肽和蛋白质序列测定方法支持这些研究的进行。现有的肽和蛋白质测序方法包括N末端序列测定的化学方法Edman法、C末端酶解方法、C末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。例如作为肽和蛋白质序列测定标准方法的N末端氨基酸苯异硫氰酸酯(phenylisothiocyanate)PITC分析法(即Edman法，又称PTH法)，测序速度较慢(50个氨基酸残基/天)；样品用量较大(nmol级或几十pmol级)；对样品纯度要求很高；对于修饰氨基酸残基往往会错误识别，而对N末端保护的肽链则无法测序[4]。C末端化学降解测序法则由于无法找到PITC这样理想的化学探针，其发展仍面临着很大的困难。在这种背景下，质谱由于很高的灵敏度、准确性、易操作性、快速性及很好的普适性而倍受科学家的广泛注意。在质谱测序中，灵敏度及准确性随分子量增大有明显降低，所以肽的序列分析比蛋白容易许多，许多研究也都是以肽作为分析对象进行的。近年来随着电喷雾电离质谱(electrospray ionisation，ESI)及基质辅助激光解吸质谱(matrix assisted laser desorption/ionization，MALDI)等质谱软电离技术的发展与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达100000Da，目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法(MALDI
选修三第一章及共价键综合相关习题（3.11） 制作：胡春艳 一、单选题 1．下列有关化学表达正确的是（） A．CS2的比例模型：B．铍原子最外层的电子云图： C．乙醇的球棍模型：D．氮原子最外层轨道表示式： 2．某微粒的核外电子排布式为1s22s22p6，下列关于该微粒的说法一定正确的是( ) A．质子数为10 B．单质具有还原性 C．是单原子分子D．电子数为10 3．下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是( ) A．B． C．D． 4．在多电子原子中，轨道能量是由以下哪些因素决定( )①能层②能级③电子云的伸展方向④电子自旋状态 A．①② B．①④ C．②③ D．③④ 5．在核电荷数为26的元素Fe的基态原子核外的3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是A．B． C．D． 6．下列说法正确的是（） A．除零族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数 B．电离能最小的电子能量最高 C．同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D．核外电子排布完全相同的两种微粒，其化学性质一定相同 7．下列四种元素的基态原子的电子排布式如下： ①1s22s22p63s23p4②1s22s22p63s23p3③1s22s22p3④1s22s22p5，则下列有关的比较中正确的是( ) A．第一电离能：④＞③＞②＞①B．原子半径：④＞③＞②＞① C．电负性：④＞②＞①＞③D．最高正化合价：④＞③＝②＞① 8．已知X、Y、Z、W为短周期主族元素，在周期表中的相对位置如图，下列说法正确的是（）X Y Z W
A．若H m XO n为强酸，则X的氢化物溶于水一定显酸性（m、n均为正整数） B．若四种元素均为金属，则Z的最高价氧化物对应的水化物一定为强碱 C．若四种元素均为非金属，则W的最高价氧化物对应的水化物一定为强酸 D．若四种元素中只有一种为金属，则Z与Y两者的最高价氧化物对应的水化物能反应 9．几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表： 元素代号X Y Z M R Q 原子半径（×10－10 m） 1.860.99 1.43 1.600.750.74 主要化合价 最高正价＋1+7＋3＋2＋5-- 最低负价--－1----－3－2 下列说法正确的是 A．离子半径r(R3-)﹥r(X+)﹥r(Z3+)B．元素X和Q形成的化合物中不可能含有共价键C．Q2－比R3－更容易失去电子D．Y的含氧酸的酸性一定比R的含氧酸的酸性强10．下列说法中正确的是( ) A．乙烯中C＝C的键能是乙烷中C－C的键能的2倍 B．氮气分子中含有1个σ键和2个π键 C．N－O键的极性比C－O键的极性大 D．NH4＋中4个N－H键的键能不相同11． 3 NH、 3 NF、 3 NCl等分子中心原子相同，如果周围原子电负性大者键角小，那么 3 NH、 3 NF、3 NCl三种分子中，键角大小的顺序正确的是（） A． 333 NH NF NCl ＞＞B． 333 NCl NF NH ＞＞ C． 333 NH NCl NF ＞＞D． 333 NF NCl NH ＞＞ 12．下列有关说法不正确的是 A．可表示单核10电子粒子基态时的电子排布 B．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 C．同一原子能层越高，s电子云的半径越大 D．N、O、F电负性逐渐增大 13．已知X、Y元素同周期，且电负性X>Y，下列说法错误的是( ) A．X与Y形成的化合物，X显负价，Y显正价 B．最高价含氧酸的酸性：X对应的酸的酸性强于Y对应的酸的酸性 C．气态氢化物的稳定性：H m Y小于H n X D．第一电离能Y一定小于X 14．下列对价电子构型为2s22p5的元素描述正确的是（） A．原子半径最小B．最外层电子数为5 C．第一电离能最大D．电负性最大
金属与非金属形成共价化合物 AlCl ，AlBr ，AlI ，FeCl ，FeBr ，AuCl ，HgCl ，Hg Cl ， 醋酸铅，Mn O 从规律上来说，除了铵盐，金属和非金属结合形成的化合物是离子化合物，但要记住几个特殊的。三氧化二铝，三氧化二铍，氮化铝，是原子晶体，就是原子之间全部以共价键结合，是共价化合物。 离子化合物由阳离子和阴离子构成的化合物。 活泼金属（如钠、钾、钙、镁等）与活泼非金属（如氟、氯、氧、硫等）相互化合时，活泼金属失去电子形成带正电荷的阳离子（如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等），活泼非金属得到电子形成带负电荷的阴离子（如F-、Cl-、O2-、S2-等），阳离子和阴离子靠静电作用形成了离子化合物。 例如，氯化钠即是由带正电的钠离子（Na+）和带负电的氯离子（Cl-）构成的离子化合物。也有的是共价化合物。许多碱（如NaOH、KOH、Ba(OH)2等）和盐（如CaCl2、KNO3、CuSO4 等）都是离子化合物。 在离子化合物里阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数，整个化合物呈电中性。多数离子化合物在固态（或晶态）时不能导电，而它的水溶液或熔融状态则能导电。离子化合物一般说来，熔点和沸点较高，硬度较大，质脆，难于压缩，难挥发。 某些碱性氧化物，如Na2O、K2O，常见的盐类如NaCl、KF，常见的碱，如NaOH等都属于离子化合物。 常见的离子化合物：NaCl,CsCl,Na2O2,NH4Cl酸碱，以及大多数的盐 存在形式 离子化合物（ionic compound）是存在于: 1、活泼金属（指第一和第二主族的金属元素）与活泼的非金属元素（指第六七 主族的元素）之间形成的化合物（但也不全是，比如AlCl3就是共价化合物）； 2、金属元素与酸根离子之间形成的化合物。（酸根离子如硫酸根离子SO42-、硝酸根离子NO3-、碳酸根离子CO32-等等）； 3、铵根离子（NH4+）和酸根离子之间，或铵根离子与非金属元素之间，例如NH4Cl、NH4NO3。离子化合物都是强电解质。在熔融状态下：都可以导电（此类物质加热时易分解或易氧化）。在水中：有的可以导电，有的不可以导电（此类物质易与水反应或不溶于水）。在原电池中的作用：形成闭合电路！与共价化合物的关系 离子化合物和共价化合物都涉及到电子的移动。 离子化合物是通过离子键形成的化合物，离子键是由电子转移(失去电子者为阳离子,获得电子者为阴离子)形成的。即正离子和负离子之间由于静电作用所形成的化学键。 .共价化合物 共价化合物之一 某些单质的分子也是依靠共用电子对形成的。例如氯气的分子就是由两个氯原子各提供一个电子形成共用电子对，电子对同时受两个原子核的作用形成氯分子。 由于同种原子吸引电子能力相仿，电子对不偏向任何一方。 像氯化氢那样，以共用电子对(或共价键)结合在一起的化合物，叫做共价化合物。
第三节共价键教案 【教学目标】 一、知识与技能 1、理解共价键的概念，初步掌握共价键的形成 2、通过学生对离子键和共价键的认识与理解，培养学生的抽象思维能力； 3、通过电子式的书写，培养学生的归纳比较能力 二、过程与方法 培养学生从宏观到微观，从现象到本质的认识事物的科学方法 三、情感态度价值观 通过共价键形成过程的分析，培养学生怀疑、求实、创新的精神 【教学重点】共价键的形成及特征 【教学难点】用电子式表示共价分子的形成过程 【教学过程】 [复习]复习离子键，原子、离子、分子的电子式以及离子化合物的形成过程的书写。 [引言]我们知道钠在氯气中燃烧学生成氯化钠分子，它是由钠离子和氯离子间的静电作用形成的。那我们在初中学习过的共价化合物HCl的形成和NaCl一样吗？H2和Cl2在点燃或光照的情况下，H2和Cl2分子被破坏成原子，当氢原子和氯原子相遇时是通过什么样的方式结合在一起的呢，是通过阴阳离子间静电作用结合在一起呢？ [讲]氢原子最外层有一个电子要达到稳定结构就需要得到一个电子，氯原子最外有7个电子要达到8电子稳定结构需要得到一个电子，两原子各提供一个电子形成共用电子对，两原子都可以达到稳定结构 象氯化氢分子这样，原子间通过共用电子对所形成的相互作用就叫做共价键。 [板书]二.共价键 1、定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。 ［讲］让我们进一步深入的对概念进行一下剖析 [板书](1) 成键粒子：原子 (2) 成键性质：共用电子对间的相互作用 [问]那么什么样的元素原子之间能够形成共用电子对呢？（对照离子键形成的条件）[讲]得失电子能力较强的形成离子键，得失电子能力较差的一般形成共用电子对，这也就说明了形成共价键的条件。 [板书]2.形成条件： 同种或不同种非金属元素原子结合； 部分金属元素元素原子与非金属元素原子，如AlCl3，FeCl3；
基于动态共价键、非共价相互作用构筑响应型乳液的研究 乳液在食品、药品、化妆品和石油等行业都有着广泛的应用。在一些行业中,如食品存储、沥青乳化等,希望乳液具有长期的存储稳定性;但在其它一些行业中,如石油采收、界面反应以及药物封存和释放等,希望乳液能在稳定和失稳之间进行转换。目前,使乳液失稳的措施主要有施加高速离心、高压电场或添加破乳剂。这些使乳液失稳的措施不仅耗能高,而且容易导致二次污染。 为了解决上述破乳方法中所存在的问题,科研人员研发出了响应型乳液。响应型乳液是指,在外界刺激下能够可逆地稳定和失稳的乳液。这些外部刺激主要包括CO2、pH、温度、光、磁以及氧化还原等。响应型乳液的获得主要依赖于响应型乳化剂(表面活性剂或颗粒)的使用。 在外界刺激下,响应型乳化剂能够在具有活性和不具有活性之间进行转换。响应型乳化剂可以利用共价合成来制备,也可以利用非共价相互作用缔合来制备。目前,大多数响应型乳化剂是利用共价合成制备的,但是共价合成的步骤复杂,因此难以推广。近年来,由于动态共价型表面活性剂制备简单,受到了本领域研究人员的关注,并被广泛地应用于构筑响应型胶束、囊泡和微胶囊等。 但是,基于动态共价键构筑响应型乳液的报道尚少,本文以简单可控的动态 共价键/非共价相互作用为构建策略,制备了响应型乳液。本研究不仅拓宽了可用于构筑响应型乳液的思路,而且扩大了响应型乳液的应用范围。本论文以动态共价键、非共价相互作用的可控性为基础,设计了多种易于合成的响应型乳化剂, 系统地研究了这些乳化剂在制备响应型乳液中的应用。开展了以下五部分的工作:(1)设计并合成了动态共价型表面活性剂PEI-B。 用FTIR证明了PEI-B中动态碳氮亚胺键的生成;用1H NMR证明了PEI-B中动态碳氮亚胺键的响应性;用动态界面张力(IFT)测试证明了PEI-B界面活性的 pH响应性,结合1H NMR的结果发现,PEI-B界面活性的pH响应性源于PEI-B中动态碳氮亚胺键的pH响应性。在pH为7.8时,乳化剂PEI-B用于制得稳定的乳液,DLS表征的结果表明,在7天内,乳液液滴的粒径大小和粒径尺寸分布均维持 不变,因为具有界面活性的PEI-B分子可以吸附于油水界面上并形成乳化剂界面膜,降低了体系的界面能,使乳液得以稳定。而将pH从7.8降低至3.5后,乳液在5 min内发生了完全的相分离。结合1H NMR和动态IFT测试的结果,分析了乳液
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
文章编号:1000-2375(2006)04-0403-04 大黄蒽醌类化合物电喷雾质谱研究 马小红,沈少林,韩凤梅,陈 勇 (湖北大学中药生物技术湖北省重点实验室,湖北武汉430062) 摘 要:采用电喷雾-离子阱质谱(E SI -ITMS )法,通过一级质谱全扫描和二级质谱碰撞诱导解离技术, 研究5种大黄蒽醌衍生物(大黄素、芦荟大黄素、大黄酸、大黄素甲醚、大黄酚)的质谱行为及分子结构与裂解 规律间的关系,并对大黄药材中总游离蒽醌提取物进行了电喷雾质谱检测.实验结果显示,5种大黄蒽醌类化 合物一级质谱负离子出峰较好,被测样品均为基峰或第二强峰,未发现聚合体离子及加合离子产生,二级质谱 各碎片离子归属明确,特征性强.实验结果可应用于大黄蒽醌类化合物的结构分析及进一步的代谢产物研究, 并为大黄药材有效成分的鉴定提供了一种快速,灵敏的检测方法. 关键词:大黄;蒽醌;电喷雾质谱;特征图谱 中图分类号:O657.63;Q946.88 文献标志码:A 收稿日期:2006-04-13 基金项目:科技部攻关项目(2001BA701A01)和湖北省杰出青年基金项目(2002AC004)资助 作者简介:马小红(1968- ),女,实验师;陈勇,通讯作者 大黄(Radix et rhizoma rhei )为蓼科植物掌叶大黄(Rheum palmatum L )、唐古特大黄(Rheum tanguticum Maxim .)或药用大黄(Rheum officinale Baill )的干燥根及根茎[1],其主要药效成分为1,8-二 羟基蒽醌类衍生物,包括大黄素(emodin )、大黄酚(chr ysophanol )、大黄酸(r hein )、大黄素甲醚(physcion )、芦荟大黄素(aloe -emodin )等.这类物质及其甙类具有泻下、抗菌、抗癌等多种生理活性,临床应用非常广泛[2] .对于大黄蒽醌类物质的分离、含量测定、药理研究等一直是一个非常活跃的领域,多见文献报道[3,4].但迄今为止,还少见大黄蒽醌类化合物电喷雾离子阱质谱(ESI -ITMS )电离规律方面的研究报道.电喷雾质谱离子化条件温和、谱图简单,特别适用于极性和热不稳定的天然化合物的分析,其一级质谱主要产生准分子离子峰,而多级质谱能提供化合物的结构信息,是研究分子结构的灵敏、快捷和有效的现代分析方法[5～8].本文中应用E SI -ITMS 技术研究并探讨了5种大黄蒽醌衍生物一级质谱行为规律及二级质谱裂解规律,分析了该类化合物分子结构与其质谱裂解规律之间的关系,并对大黄药材总蒽醌提取物进行了电喷雾质谱检测.研究结果为该类化合物的结构分析提供了理论依据,同时也为大黄药材有效成分鉴定提供了一种快速、灵敏的检测方法.1 实验 1.1 仪器和试剂 Finnigan LCQ Duo 型质谱仪(包括电喷雾电离(ESI )源,TSP P4000泵,TSP AS3000自动进样器,Xcalibur 数据分析软件1.10版),宁波新芝JY92-Ⅱ超声波细胞破碎仪,大黄素、大黄酸、大黄素甲醚、芦荟大黄素、大黄酚对照品和大黄对照药材均购自中国药品生物制品检定所,Fisher 公司色谱纯甲醇,超纯水,其他试剂为国产分析纯. 1.2 质谱条件 ESI 离子源喷雾电压:4.5kV ;毛细管温度:200℃;毛细管电压:45V ;鞘气(N 2)流速:40个单位;流动相:甲醇∶0.01mol ·L -1乙酸铵水溶液(50∶50V /V );流速:0.20mL ·min -1;正、负离子一级质 谱全扫描及二级质谱全扫描分析.1.3 样品制备 分别准确称取大黄素、大黄酸、大黄素甲醚、芦荟大黄素和大黄酚配制成1.0g /L 甲醇储备液,进样分析前用甲醇稀释5倍后直接进样.准确称取0.50g 大黄药材粉末,置100mL 离心管中,加20mL 甲醇浸泡30min 后,超声提取30min ,功率300W .药材提取液经浓缩后用乙醚萃取,乙醚萃取 第28卷第4期2006年12月湖北大学学报(自然科学版)Journal of Hubei University (Natural Science ) Vol .28 No .4 Dec .,2006