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　　【中国仪器网 行业应用】糖组学是继基因组学和蛋白质组学后的新兴研究领域，主要研究聚糖结构与功能。聚糖是继核酸和蛋白质之后的第三类生物信息大分子，在广泛的生物活性中扮演重要作用，是DNA-mRNA-蛋白质信息流的延续。生物质谱以其软电离、高灵敏度、高分辨率、宽相对分子质量检测范围和高通量等特点，很好地解决了高极性、难挥发、热不稳定的生物大分子的分析难题，已成为蛋白质和糖链研究中重要的分析手段之一。本文简介质谱技术在糖组学研究中的应用。
 

　　糖组学的定义
 

　　糖基化是生物体内广泛的翻译后修饰方式，这种修饰在半数的基因产物中都有发生。所有的细胞都包被有一层致密的聚糖，这一现象说明了糖生物学在细胞生命活动中占有着重要地位。糖在生物过程中具有其它生物分子所不可替代的作用，但由于糖的结构多样性且不是基因的直接产物，所以，迄今尚没有阐明糖的生物功能，而有关蛋白质糖基化的功能及其分析方法也有很多问题尚待解决，这些都是基因组学和蛋白质组学所无法实现的. 因此糖生物学家在20 世纪末提出了糖组和糖组学概念，并得到科学家们的广泛认同，在后基因组时代的生命科学研究中成为新的前沿和热点。受基因组和蛋白质组定义的影响，糖组被定义为单一生物体中全部聚糖的总称，糖组学则是研究糖组结构与功能的科学。但是，由于糖的种类太多，在操作上不可能一次就提取能囊括各种类型的糖类，所以，实际上很难得到一个完整的糖组，基于这个原因，在具体进行糖组研究时，更多地是研究“亚”糖组，例如糖蛋白质组、糖脂组、糖胺聚糖组，乃至代谢产物中的糖苷组。
 

　　聚糖是生物信息大分子
 

　　人们已经认同聚糖是继核酸和蛋白质之后的第三类生物信息大分子，在广泛的生物活性中扮演重要作用，是DNA-mRNA-蛋白质信息流的延续。尽管与DNA 携带遗传信息或蛋白质进行酶催化反应不同，但聚糖确实携带信息并具有重要的生物功能，在诸如细胞间通讯、蛋白折叠、细胞吸附和免疫识别等生物过程中都起核心作用。生物质谱以其软电离、高灵敏度、高分辨率、宽相对分子质量检测范围和高通量等特点，很好地解决了高极性、难挥发、热不稳定的生物大分子的分析难题，已成为蛋白质和糖链研究中重要的分析手段之一，有力促进了生物组学的发展。
 

　　质谱技术及其原理
 

　　质谱(Mass Spectromet ry)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离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。
 

　　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编转大，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 制成了台速度聚焦型质谱仪，成为了质谱发展*的里程碑。初的质谱仪主要用来测定元素或同位素的原子量，随着离子光学理论的发展，质谱仪不断改进,其应用范围也在不断扩大，到20 世纪50 年代后期已广泛地应用于无机化合物和有机化合物的测定。现今，质谱分析的足迹已遍布各个学科的技术领域，在固体物理、冶金、电子、航天、原子能、地球和宇宙化学、生物化学及生命科学等领域均有着广阔的应用。质谱技术在生命科学领域的应用，更为质谱的发展注入了新的活力，形成了*的生物质谱技术。
 

　　电喷雾质谱技术和基质辅助激光解吸附质谱技术是诞生于80 年代末期的两项软电离技术。这两项技术的出现使传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生了革命性的变革。它们具有高灵敏度和高质量检测范围，使得在pmol(10-12)甚至fmol(10-15)的水平上准确地分析分子量高达几万到几十万的生物大分子成为可能，从而使质谱技术真正走入了生命科学的研究领域，并得到迅速的发展。以下主要介绍与生物医学有关的几项质谱技术。
 

　　质谱技术在糖组学的应用
 

　　（1）基质辅助激光解吸离子化飞行质谱
 

　　当前，基质辅助激光解吸离子化飞行质谱(matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight,MALDI-TOF)在蛋白质组研究中扮演着主要的角色。MALDI-TOF-MS具有从非衍生分子中获得离子的能力，正确反映糖蛋白的构成，同时方便与其他技术，如HPLC、GC或外切糖苷酶结合，提供更多的结构信息。但是MALDI-TOF的分辨率和质量精度较低，会导致蛋白质鉴定的不确定性，同时会引起分子中较弱的键断裂，引起糖链部分或全部丢失，糖链的定位信息和结构信息就会丢失，所以MALDI-TOF在糖组学研究中还存在遗憾。
 

　　（2）傅立叶变换离子回旋共振质谱
 

　　高分辨率、高质量精度的傅立叶变换离子回旋共振质谱(fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry，FT-ICR-MS)吸引了研究者的注意。1974年Comisarow等发明了FT-ICR-MS，几经改进，直到Henry等将电喷雾离子化技术(electrospray ionization,ESI)引入FT-ICR-MS才真正开启了高精度生物学分析的大门。ESI高灵敏度改进，如microelectrospray和nanoelectrospray,FT-ICR-MS可以分析真正生物水平(nmol)的生物样品。FT-ICR-MS也受到糖组学研究的关注。FT-ICR-MS多重的*的分裂技术碰撞活化的分裂，红外线多管子分裂以及电子捕获分裂，可以确定后修饰的位置和修饰的结构。ECD劈开氨基酸珠帘而不影响后修饰部分，可以后修饰的结构信息。
 

　　（3）串联质谱
 

　　为了研究一些在血清/血浆或者与疾病相关的组织中表达的聚糖的结构信息，串联质谱技术引起了研究者们的广泛关注。由于糖聚合物是以一组与核心结构相关的糖基化变体的形式存在的，所以对于一种聚糖混合物，它的分子量反映了其一组位点异构体。要研究聚糖的结构信息，一种方法是在质谱分析之前先纯化聚糖，但由于上述的一些原因，很多情况下是无法做到的,另一种方法是用串联质谱直接分析聚糖。串联质谱*行质量分离，筛选出某一种离子，在MA与ESA之间进行次碰撞活化，高能量的离子产生出一级子离子；再由ESA从一级子离子中筛先出某一种离子，它经减速后在一级Q中进行第二次碰撞活化，产生低能量碰撞诱导分解产物(二级子离子)，二级子离子再通达二级Q进行分析，由于在此系统中同时检测了高、低能量碰撞的诱导分解产物，因此可获得较全面的离子信息。