共振红外线MALDI用于蛋白组研究

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着人类基因组图谱的绘成，生物科学的下一个大事情就要算蛋白组了。蛋白组指研究成千上百种蛋白质的结构和功能。许多专家预言，接下来的几十年，医疗方面的进展将出自蛋白组的研究。

这个新领域面临很多挑战。首先，人们需要一种快速、有效、相对便宜的方法来研究这些分子的移动和振动，这些分子太小了，最强大的光学显微镜也看不到。

很幸运，自由电子激光也许能用于这项研究。测量蛋白是研究蛋白中重要的一步。最近的研究显示，使用一种FEL光束和一个叫时间飞越质谱仪的设备能直接测量蛋白，而且非常简单、敏感。

生物科学家用来分离和研究不同蛋白的领先方法之一是凝胶电泳。它是将带电荷的蛋白置入凝胶长条的末端，在凝胶两端加上电压后，蛋白分子就会在凝胶上移动。带电量多、分子量小的蛋白比带电量少、分子量大的蛋白跑得快。因此使用这种方法能按蛋白的大小将蛋白区分为很多条带。这种方法能用于很多的研究，但蛋白组需要更精确的方法。 四年来，Vanderbilt大学物理学教授Richard Haglund和他的学生及研究人员一直在观察FEL光束和固体材料中原子的振动方式之间的关系。在这些试验中，他们发现短脉冲的FEL光束能用来选择性地激活一种特殊种类的振动，这种振动被称作不和谐振动。

固体材料以两种方式振动。和谐的振动好象轻轻牵拉弹簧引起的振动，它们在材料中快速传播，最后转化为热量。不和谐振动主要存在于特殊的原子或分子结构，它在转化为和谐振动前表现得非常活跃，持续约10-20万亿分之一秒。

在发现能刺激不和谐振动后，Haglund开始研究如何应用这种现象。他知道，使用传统的紫外线去快速分离和研究蛋白的技术很有前景，它们通过电泳凝胶分离蛋白，并通过质谱仪研究蛋白。当他详细了解这一技术后，他认识到这种可调的FEL能更轻易地完成紫外线的功能，并能在凝胶材料中直接诱导出不和谐振动。

传统的用于研究蛋白的激光的最大并发症是它们能加热凝胶和蛋白，因此能破坏蛋白。研究者已经开始着手解决这个问题，它们制造了称作基质辅助激光离子吸收（MALDI）质谱仪（MS）。通过在蛋白凝胶混合物中增加一种称作基质的材料来解决加热问题。基质能吸收大部分激光束的热量，以减少热量，因此能得到大部分完整的蛋白。在整个研究过程中，增加基质是非常复杂和耗时的步骤。而且，许多基质还是酸性的，它们可能引起蛋白质的化学变化或改变他们的精细结构。

Michelle Baltz-Knorr是Haglund的一位研究生，她对探索FEL光束同凝胶/蛋白系统之间的反应很感兴趣。她从分子生物学同事处要来电泳凝胶样本，并开始研究用不同波长的红外线刺激它们时会发生什么情况。在5.9微米时，她发现了有价值的结果。这时凝胶分子开始松弛并释出完整的带电蛋白。她和Haglund证明，使用一个FEL光束的质谱仪能在蛋白凝胶上直接研究蛋白，而不用经过传统MALDI-MS所需的耗时的样本准备阶段。他们将这个新的RIR-MALDI过程称为共振红外线MALDI。在Vanderbilt website有这项技术的Flash演示。