|
Книга
представляет собой первое учебное пособие на русском языке по основам
масс-спектрометрии белков и пептидов. Цель настоящего издания - заинтересовать
молодых исследователей информативной, красивой и востребованной во всем мире
дисциплиной, дать возможность более эффективно применять масс-спектрометрию для
решения фундаментальных и прикладных научных задач. Книга написана в формате
лекций для начинающих, хорошо иллюстрирована и сопровождается представительным списком
цитированной литературы.
Издание
рассчитано на студентов и аспирантов химических, физико-химических,
биологических и медицинских специальностей; будет полезно научным сотрудникам,
уже работающим в области исследований белков и пептидов или интересующимся этим
научным направлением.
Содержание
| Предисловие | | 7 |
| Использованные сокращения | | 9 |
| Введение | | 11 |
| Глава 1. Методы ионизации молекул пептидов и белков | | 14 |
| 1.1. Бомбардировка быстрыми атомами, БВА (Fast Atom Bombardment, FAB) | | 14 |
| 1.2. Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация, МАЛДИ (Martix Assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI) 16 |
| 1.3. Ионизация электрораспылением, ИЭР (Electrospray Ionization, ESI) | | 19 |
| Глава 2. Измерение молекулярной массы пептидов и белков | | 25 |
| Глава 3. Установление первичной структуры пептидов | | 34 |
| 3.1. Деградация по Эдману | | 34 |
| 3.2. Идентификация пептидов по сиквенсу кДНК | | 36 |
| 3.3. Леддерное секвенирование | | 37 |
| Глава 4. Масс-спектрометрическое секвенирование | | 39 |
| 4.1. Номенклатура фрагментных ионов пептидов | | 39 |
| 4.2. Масс-спектры отрицательных ионов | | 45 |
| 4.3. Методы инициирования фрагментации молекулярных ионов 46 |
| 4.3.1. Диссоциация, активированная соударениями, ДАС (Collisionally Activated Dissociation, CAD) | | 47 |
| 4.3.2. Диссоциация индуцированная столкновениямис поверхностью, ДИП (Surface Induced Dissociation (SID) | | 56 |
| 4.3.3. Диссоциация при захвате электрона, ДЗЭ(Electron Capture Dissociation, ECD) | | 59 |
| 4.3.4. Диссоциация при переносе электрона, ДПЭ(Electron Transfer Dissociation, ETD) | | 64 |
| 4.3.5. Фотоактивация диссоциации | | 65 |
| 4.3.6. Диссоциация, активированная электронами | | 69 |
| 4.3.7. Диссоциация отрицательных ионов при отрывеэлектрона | | 70 |
| 4.4. Методы секвенирования пептидов на приборах с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией | | 71 |
| 4.4.1. Метод задержанной экстракции. Распад в источнике, РВИ (In Source Decay, ISD) | | 71 |
| 4.4.2. Распад за пределами источника, РПИ (Post Source Decay, PSD) | | 72 |
| Глава 5. Идентификация белков и пептидов | | 7 6 |
| 5.1. Идентификация с использованием баз данных | | 76 |
| 5.1.1. Метод идентификации белков "снизу вверх"("Bottom-up") | | 76 |
| 5.1.2. Метод идентификации белков "сверху вниз"("Top-down") | | 91 |
| 5.2. Ручная идентификация пептидов | | 94 |
| Глава 6. Основные сложности масс-спектрометрическогосеквенирования пептидов и пути их преодоления | | 97 |
| 6.1. Покрытие сиквенса | | 98 |
| 6.2. Аминокислоты с одинаковой целочисленной массой | | 102 |
| 6.2.1. Лизин и глутамин | | 102 |
| 6.2.2. Фенилаланин и окисленный метионин | | 104 |
| 6.3. Изомерные аминокислоты: лейцин и изолейцин | | 106 |
| 6.4. Циклизация коротких пептидов | | 108 |
| 6.5. Пептиды, содержащие дисульфидную связь | | 116 |
| Глава 7. Использование для секвенирования масс-спектровотрицательных ионов | | 121 |
| Глава 8. Количественный анализ белков с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографиимасс-спектрометрии. Количественная протеомика | | 126 |
| 8.1. Сравнительная (количественная) протеомика | | 129 |
| 8.1.1. Безизотопный метод | | 129 |
| 8.1.2. Изотопные методы | | 132 |
| 8.2. Установление абсолютных количеств | | 145 |
| Список литературы | | 149 |
| Приложение. Bruker: Многомерный путь к разгадке протеома | | 163 |
Предисловие
Посвящается
профессорам химического факультета
МГУ им. М.В. Ломоносова
Александру Леонидовичу Курцу
Киму Петровичу Бутину
Важнейшие
достижения масс-спектрометрии за последние 20 лет связаны с исследованиями
природных соединений, включая биополимеры. С появлением методов ионизации
электрораспылением и матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации для
масс-спектрометрии стали доступны сахара, нуклеиновые кислоты, белки, липиды и
прочие биоорганические макромолекулы. Безусловно, наибольших успехов удалось
достичь в исследовании белков. Благодаря чувствительности, информативности,
экспрессности, возможности работать со смесями, масс-спектрометрия сегодня —
основной метод анализа этих сложных для изучения объектов.
Пожалуй,
можно признать, что современная масс-спектрометрия выиграла конкурентную
борьбу с классическим методом установления первичной последовательности
аминокислот в пептидах по Эдману, поскольку масс-спектрометрическое
секвенирование оказалась существенно быстрее, чувствительнее, информативнее и
даже дешевле. Быстрое и надежное определение первичной структуры белков, т.е.
последовательности аминокислотных звеньев, само по себе уже превосходный
результат. Однако масс-спектрометрия способна изучать структуры более сложных
порядков (от 2 до 4), включая нековалентные взаимодействия белков с появлением
надбелковых образований, устанавливать тип и место посттрансляционных
модификаций, работать с гликопротеинами, липопротеинами, фосфопротеинами и
т.д. Масс-спектрометрия стала незаменимой в медицине, поскольку способна быстро
и надежно диагностировать сердечно-сосудистые, генетические и онкологические
заболевания. Именно успехи масс-спектрометрии привели к формированию в конце
прошлого века нового научного направления — протеомики. Огромна роль метода и в
метаболомике.
К
сожалению, в русскоязычной литературе до сих пор не существовало учебных
пособий или монографий по этой важнейшей и многогранной по своему применению
тематике. Россия кардинально отстает от развитых стран и по изучению этой
дисциплины, и по использованию ее достижений. Масс-спектрометристам, работающим
в России, приходится ориентироваться на англоязычные издания книг, оригинальные
статьи и обзоры. В 2012 г. на русском языке была издана книга "Принципы
масс-спектрометрии в приложении к биомолекулам" под редакцией Дж. Ласкин и X. Лифшиц
(перевод с английского, изд-во "Техносфера"), представляющая собой сборник
статей ведущих специалистов в области масс-спектрометрии в приложении к биологии.
Книга рассчитана на подготовленных читателей. Она предоставляет
хорошую,
во многом, заочную возможность познакомиться с современными достижениями в
области масс-спектрометрии биомолекул, поскольку большинство описываемых в ней
методов пока не используется в нашей стране.
Предлагаемая
читателям книга "Основы масс-спектрометрии белков и пептидов" является первым
учебным пособием на русском языке, излагающим основы масс-спектрометрии белков
и пептидов. Книга написана в формате лекций для начинающих, иллюстрирована
большим количеством рисунков, спектров, схем и сопровождается представительным
списком цитированной литературы. Она рассчитана на студентов и аспирантов
химических, физико-химических, биологических и медицинских специальностей;
будет полезна научным сотрудникам, уже работающим в области исследований белков
и пептидов или интересующимся этим научным направлением.
Цель
издания такой книги — заинтересовать молодых исследователей информативной,
очень красивой и востребованной во всем мире дисциплиной, дать возможность
более эффективно применять масс-спектрометрию для решения своих собственных
фундаментальных и прикладных научных задач.
Основное
внимание в учебном пособии уделено методам ионизации белков и пептидов,
процессам фрагментации этих соединений в газовой фазе. Достаточно подробно
рассматриваются вопросы тандемной масс-спектрометрии, существующие методы
инициирования фрагментации. Этот раздел очень важен в современной
масс-спектрометрии. Он полезен для исследователей, работающих с любыми
химическими соединениями и биополимерами. Несколько глав посвящены идентификации
белков и пептидов. Сюда входят варианты автоматизированной идентификации,
расшифровка спектров вручную, описание определенных сложностей
масс-спектрометрического секве-нирования и вариантов их преодоления.
Рассмотрены достоинства и недостатки двух основных подходов установления
химической структуры белков: масс-спектрометрии "сверху-вниз" и "снизу-вверх".
Отдельная глава посвящена вопросам количественного анализа.
Книга
посвящена Александру Леонидовичу Курцу и Киму Петровичу Бутину, двум друзьям, замечательным
профессорам химического факультета Московского государственного университета
имени М.В. Ломоносова, очень близких нам в человеческом отношении,
непосредственно участвовавшим в нашем химическом и гуманитарном образовании. Мы
всегда высоко оценивали химическую эрудицию и потрясающие личностные качества
этих ученых. Именно общение с этими людьми вдохновило нас в самом начале XXI века
начать исследования в области масс-спектрометрии пептидов.
А.Т. Лебедев
К.А. Артеменко
Т.Ю. Самгина
|
