有機質(zhì)譜儀在生命科學(xué)中的應(yīng)用

有機質(zhì)譜儀在生命科學(xué)中的應(yīng)用 
生命科學(xué)是近年來最引人注目的學(xué)科之一。有機質(zhì)譜儀在生命科學(xué)中主要用于以下幾個方面。
a ．利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記示蹤劑研究人體代謝過程及代謝產(chǎn)物
　　目前主要采用的方法是：用15N 標(biāo)記的某些氨基酸、多肽或蛋白質(zhì)，用13C標(biāo)記的某些碳水化合物（糖、多肽或淀粉）及用15N 、13C或18O標(biāo)記的某些藥物作為示蹤劑，用有機質(zhì)譜儀來檢測代謝過程中含，15N 、13C 和18O 的有機化合物。
　　為研究腎病病人蛋白質(zhì)代謝，給腎病患者和正常人注射或口服15N 標(biāo)記的甘氨酸，然后定時收集尿樣，用沉淀法除～去尿樣中的蛋白，經(jīng)三次脫脂后冷凍干燥，干燥后的樣品直接作電子轟擊電離質(zhì)譜。下圖是正常人服未標(biāo)記的甘氨酸和服15N 標(biāo)記的甘氨酸后尿樣的EI-MS 譜圖。選擇譜圖中尿素的分子離子峰（m / e 60）及其同位素峰（m / e 61）進(jìn)行測定。比較服用15N 標(biāo)記甘氨酸后尿樣中m / e 61 與m / e 60 峰的強度比（離子強度比）與服用未標(biāo)記甘氨酸后尿樣中m/e 61 與m/e 60 峰的強度比（離子強度比），可以測定尿樣中15N 含量，此15N 含量表示了尿素氮的生成率，是觀察蛋白質(zhì)代謝狀態(tài)的一個可靠指標(biāo)，并以此來研究腎病患者的蛋白質(zhì)代謝情況。與此同時，用此法研究了用黃芪和當(dāng)歸治療腎病患者的蛋白質(zhì)代謝情況，為探討黃芪和當(dāng)歸治療腎病的機理提供線索。



　　口服13C 標(biāo)記的葡萄糖，然后用有機質(zhì)譜儀測定4 小時內(nèi)呼出氣中的13CO2含量可判斷糖尿病的輕重。口服13C-U-半乳糖制劑，然后測定并給出13CO2呼出曲線可以診斷早期肝硬化。
b ．生物大分子的分析測定
　　快原子轟擊電離質(zhì)譜（FAB-MS）是最早用于分析測定生物大分子的質(zhì)譜技術(shù)，Barker 等人于80 年代初提出了用快原子轟擊電離源分析多膚中氨基酸序列。陳耀祖也曾用快原子轟擊碰撞活化質(zhì)譜法分析糖甙結(jié)構(gòu)獲得成功。但FAB-MS 對分子量達(dá)數(shù)萬至數(shù)十萬的生物大分子則無能為力。1958 年德國F . Hillenkamp 、美國J . Fenn 分別發(fā)表了用基體輔助激光解吸質(zhì)譜法( MALD-MS）和電噴霧離子源四極質(zhì)譜（ESI-MS）分析大分子蛋白質(zhì)的報告，實現(xiàn)了生物大分子質(zhì)譜分析的重大突破。這兩種質(zhì)譜法都能對分子量高達(dá)幾十萬的生物大分子進(jìn)行快速（幾分鐘一個樣品）、精確（士0.1 %）和高靈敏度（10-15mol）的測定。
　　下圖是胰島素混合物的基體輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜（MALD-TOF-MS）譜圖。底物為二經(jīng)基苯甲酸，圖中a 為胰島素，b 為肌紅蛋白，c 為細(xì)胞色素。



　　下圖為小牛血清白蛋白的電噴霧電離質(zhì)譜（ESI-MS）譜圖。圖（a）為小牛血清白蛋白在電噴霧電離時形成的一系列多電荷離子質(zhì)譜圖，電荷數(shù)為30～60 ；圖（b）為通過計算機重疊合方法處理后得到的小牛血清白蛋白質(zhì)譜圖。由此得到小牛血清白蛋白的分子量為66430.0～66709.0。




　　下圖圖15是一些分子量不同的蛋白質(zhì)的锎-252 等離子解吸電離-飛行時間質(zhì)譜（252Cf ? PD-TOF-MS）譜圖。其中（a）是牛胰島素，分子量為5733 ；（b）為核糖核酸酶，分子量為13687 ；（c）為α-干擾素，分子量為19273。



c ．藥物結(jié)構(gòu)鑒定及藥物代謝研究
　　在藥物結(jié)構(gòu)鑒定方面，可以通過各種“軟”電離技術(shù)，得到被鑒定藥物的分子離子峰（或準(zhǔn)分子離子峰），從而得到該藥物的分子量信息。作高分辨質(zhì)譜，可以得到被鑒定藥物的元素組成-分子式。再結(jié)合質(zhì)譜中的碎片離子和IR 、NMR 、UV 等提供的結(jié)構(gòu)信息，就可以推斷該藥物的結(jié)構(gòu)。如劉運愛等用EI 電離、正離子FAB 和負(fù)離子FAB 等質(zhì)譜技術(shù)研究并給出了五種甘草次酸衍生物的結(jié)構(gòu)。
　　在藥物及其代謝產(chǎn)物分析中，廣泛使用了色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。Gadzinowicz , B．J ．等編著的《氣相色譜一質(zhì)譜分析藥物和代謝產(chǎn)物》一書中詳細(xì)地敘述了中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮劑、止痛劑、局麻劑、抗菌素及治療心血管病，抗高血壓、低血糖和治療甲狀腺病所用藥物及代謝產(chǎn)物的質(zhì)譜分析。