质谱法在结构生物学中具有新用途

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研究者发现，在温和的电离条件下，利用质谱法检测多蛋白质复合体的固有气相结构是可能的。

      世界上还存在不可以用质谱法测量的物质么？随着每天都有关于质谱的新方法问世，质谱法看起来已经成了蛋白质科学中功能最强大、应用最广泛的技术之一。

      大家都知道，质谱法是鉴定蛋白质组成的神奇工具，但是，研究者近来发现这种方法可用于蛋白质结构和形状的探测。其中，Carol  Robinson、Brandon  Ruotolo以及他们在剑桥大学和Waters质谱技术中心的同事们，已经摸清了在气相中固有多蛋白质复合体的电离和检测条件，强有力地证明了气相结构虽然缺乏大量的溶剂，但在本质上与已有的液相结构是等同的。

      多数质谱实验应用时需要一定的苛刻条件，在这样的情形下保持复合体四级结构的意义不容轻视。即便是电离到气相的最“温和”的方法，即电雾离子化质谱法(ESI)，其温和程度也显得不足。Robinson和她的同事已经构建了一个用户友好的纳米ESI系统，以确保蛋白质复合体在电离过程中不受任何损害。除了测定分子量外，他们运用离子飘移的波谱测量技术，确定了一个碰撞交叉值。所谓碰撞交叉值，就是测定一个离子在弱电场中通过一个含有中性气体分子的小室时需要的时间长短，它直接和分子大小成比例。“在很多情况下，气相离子的移动分离和通过凝胶电泳进行的液相分离是类似的，”  Robinson解释说。

      紧接着，Robinson及其同事考虑到复合体的溶液结构、每个亚单元的大小以及亚单元之间的非共价健等几个因素，应用分子动力学模拟方法，获得了他们感兴趣的复合体的三维结构图像。碰撞交叉值被预测后供模拟结构时使用，并与通过离子飘移的波谱测量技术实验获得的数值相比较。研究者运用环形的、具有11-亚单元位点的trp  RNA束缚衰减型蛋白质复合体，他们以TRAP为例，发现实验获得的碰撞交叉值与溶液自然状态下TRAP结构的计算值相类似。他们还发现，TRAP的配体束缚型状态和RNA束缚型状态进行气相、液相对比时结构也十分相似，这表明蛋白质复合体的气相结构与液相结构十分相似。这一发现在一些人看来十分奇怪，Robinson这样解释其中的原因：“当我们开始运用质谱法研究这些复合体时，很多人认为复合体气相状态下的整体结构会与液相状态下的整体结构会完全不同。而我们发现，碰撞交叉值与自然状态下的计算值非常相近，这一事实表明复合体从液相转变为气相时不会发生大的结构变化。”

      研究者运用这一技术，可进行变化条件下的四级结构的研究，以及研究其它方法不适用的瞬时或可逆关联现象。Robinson解释说，选择TRAP来验证这一新技术的有效性，其中的一个主要原因就是它与复合体之间的关联作用非常弱。但或许最值得注意的是，不像结晶学、核磁共振波谱学等其它结构型探针，这一以质谱为基础的方法将帮助研究者对四级寡聚态进行逐个检测。“异质现象，在结构生物学中，特别是对于大型蛋白质复合体，是一个现实问题，”  Robinson说。她及其同事非常乐观，认为通过应用这一新近发现的功能强大的质谱实验方法，结构生物学将从中大大获益。



      注：夏雨译自2006年2月号的《自然-方法学》，版权为英国NPG出版集团所有。更多信息请访问：http://www.natureasia.com/ch/naturemethods