肽和蛋白質(zhì)從頭測序的質(zhì)譜方法
從頭測序是一種分析和鑒定肽序列和一些翻譯后修飾蛋白的方法。 與其他一些分析方法依賴于已知的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫或已知的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫不同,denovo 測序使用串聯(lián)質(zhì)譜法根據(jù)肽段的斷裂特征進行直接分析。 因此,蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中未包含的肽序列、新物種的蛋白質(zhì)序列和基因組尚未測序的蛋白質(zhì)序列都可以進行分析。 該方法開發(fā)的軟件包括 PepNovo、PEAKS 和 pNovo。
在質(zhì)譜分析中,待分析物質(zhì)的粒子在通過電磁場之前首先被電離。 由于不同質(zhì)荷比的離子在電磁場中受到不同的作用力,它們的運動軌跡和飛行時間,能夠分離和檢測離子的特性是不同的。 在使用串聯(lián)質(zhì)譜進行肽段鑒定的過程中,肽段從頭測序可以直接從二級圖譜中推斷出最可能的肽段序列。 找到特定的斷裂模式后,可以根據(jù)質(zhì)譜峰與氨基酸翻譯后修飾的質(zhì)量差異計算出相應的氨基酸信息。
通過質(zhì)譜法進行肽和蛋白質(zhì)從頭測序的工作流程
蛋白質(zhì)/肽從頭測序的工作流程如下:
1.使用生化分級分離或親和選擇過程從樣品組織中提取待分析的蛋白質(zhì)。 使用相關(guān)酶(酶解),如胰蛋白酶,生成肽。
2.使用高效液相色譜分離和純化肽消化產(chǎn)物。
3. 進入離子源前,用高壓液相色譜分離洗滌肽段。
4. 肽通過離子源并轉(zhuǎn)化為帶高電荷的液滴。 脫水后進入質(zhì)譜儀產(chǎn)生一級質(zhì)譜。
5. 肽段的優(yōu)先級列表由計算機生成。
6. 選擇肽段進行下一輪碎裂。 通過檢測電磁場中的離子運動,可以得到離子的質(zhì)荷比,構(gòu)成串聯(lián)質(zhì)譜儀;
7、質(zhì)譜儀分析過程中,具有特定質(zhì)荷比的肽離子通過一定質(zhì)量數(shù);
8、根據(jù)這些碎片離子的質(zhì)荷比信息,可以推導出這種能量轟擊裂解,通過排列組合推導出相應的肽段氨基酸殘基,從而解析出相應的肽段序列到質(zhì)譜;
9. 軟件用于分析每個肽的二級質(zhì)譜峰。 拼接肽段序列,獲得全長蛋白質(zhì)序列。
圖 1. 質(zhì)譜法肽從頭測序的過程(Hao, et al . 2019)。
圖 2. HPLC 與質(zhì)譜聯(lián)用的 de novo 測序過程
多肽和蛋白質(zhì)從頭測序的質(zhì)譜應用
部分應用包括生物樣品中未知肽序列的分析檢測、末端殘基缺失肽的檢測、賴氨酸和亮氨酸的鑒定、N-末端封閉和環(huán)狀蛋白的鑒定、未知蛋白質(zhì)或肽序列信息的準確測定,以方便未知蛋白質(zhì)的功能研究,商業(yè)修飾蛋白質(zhì)和酶的序列的準確測定,穩(wěn)定細胞系中表達的蛋白質(zhì)序列的準確測定,抗體一級結(jié)構(gòu)序列的單克隆分析等。
目前,最常用的蛋白質(zhì)序列分析技術(shù)是質(zhì)譜法。質(zhì)譜法是一種用于準確測定和表征蛋白質(zhì)的高效方法。蛋白質(zhì)經(jīng)過消化酶預處理后被消化成小碎片,然后通過質(zhì)譜儀進行分析。 根據(jù)項目需要,MALDI 和 ESI 是兩種用作電離肽片段的電離源。 通常,在處理大量樣本時,更頻繁地使用 MALDI。 然后通過分析每個片段的質(zhì)譜獲得肽序列,這些片段共同構(gòu)成全長蛋白質(zhì)序列。
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參考
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2. Hao Yang, Yan Chang Li, Ming Zhi Zhao, et al. Precision De Novo Peptide Sequencing Using Mirror Proteases of Ac-LysargiNase and Trypsin for Large-scale Proteomics. Molecular & cellular proteomics: MCP, 2019.
3. Medzihradszky K F, Chalkley R J. Lessons in de novo peptide sequencing by tandem mass spectrometry. Mass Spectrometry Reviews, 2013, 34(1).
4. Marshall Bern, Yuhan Cai, David Goldberg. Lookup Peaks: A Hybrid of de Novo Sequencing and Database Search for Protein Identification by Tandem Mass Spectrometry. Analytical Chemistry, 2007, 79(4):1393-1400.
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