蛋白質(zhì)組學(xué)

在過去的十年中，基于質(zhì)譜（MS）的蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成為生物學(xué)家的重要工具。質(zhì)譜儀能夠從復(fù)雜的生物樣本中鑒定出數(shù)千種蛋白質(zhì)，這一能力給科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來了革命性的變化。然而，為了充分了解蛋白質(zhì)組在健康和疾病中的功能，我們必須有能力準(zhǔn)確定量許多不同類型的生物樣本中的蛋白質(zhì)。更快和更高分辨率的質(zhì)譜儀的發(fā)明使復(fù)雜的蛋白質(zhì)組動力學(xué)定量成為可能。質(zhì)量更大的穩(wěn)定性同位素通常用于生成精確和準(zhǔn)確的定量蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)。被重穩(wěn)定同位素標(biāo)記的肽與“輕”或未標(biāo)記的肽具有相同的生化特性，只是質(zhì)量不同。將重肽與輕肽混合后形成的多肽對共洗脫進(jìn)入質(zhì)譜儀中，質(zhì)譜儀可以根據(jù)其質(zhì)量差異輕松區(qū)分多肽。當(dāng)使用重肽作為內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)φ諘r，可以實(shí)現(xiàn)在不同生物條件或?qū)嶒?yàn)下的蛋白質(zhì)組之間的定量差異。阿拉丁可以提供多種穩(wěn)定的同位素試劑，用于標(biāo)記任何用于定量質(zhì)譜分析的蛋白質(zhì)組。通過對疾病動物模型的定量生物標(biāo)志物分析和定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，這些穩(wěn)定同位素質(zhì)譜的分析方法使科學(xué)家離治愈人類疾病更近了一步。

代謝標(biāo)記

一種蛋白質(zhì)組標(biāo)記將穩(wěn)定同位素氨基酸引入細(xì)胞生長培養(yǎng)基或嚙齒類動物飼料。生長期和攝食期允許同位素標(biāo)記的穩(wěn)定氨基酸以代謝方式并入蛋白質(zhì)組。涉及細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)稱為SILAC（細(xì)胞培養(yǎng)中氨基酸的穩(wěn)定同位素標(biāo)記），而哺乳動物系統(tǒng)稱為SILAM（哺乳動物的穩(wěn)定同位素標(biāo)記）。每種代謝標(biāo)記技術(shù)在下文中會做具體闡述。

SILAC

SILAC是指用重氨基酸標(biāo)記培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析。用體內(nèi)重氨基酸標(biāo)記整個蛋白質(zhì)組是定量蛋白質(zhì)組學(xué)的理想標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)重標(biāo)記的蛋白質(zhì)組與未標(biāo)記的蛋白質(zhì)組混合后進(jìn)行消化，每一個經(jīng)質(zhì)譜鑒定的未標(biāo)記肽都可以通過其相應(yīng)的重肽進(jìn)行定量。在SILAC中，胰蛋白酶氨基酸、精氨酸（R）和賴氨酸（K）均含有重穩(wěn)定同位素，所以如果用胰蛋白酶消化，每一個肽都被標(biāo)記。這種代謝標(biāo)記策略已被多個蛋白質(zhì)組學(xué)研究采用。與體外標(biāo)記技術(shù)相比，代謝標(biāo)記技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在樣品制備前將重的和未標(biāo)記的樣品混合，防止不同制劑之間的差異影響最終定量結(jié)果。當(dāng)需要大量樣品制備（例如分離細(xì)胞器）時，這一點(diǎn)尤其重要。

SILAM

SILAM是指用重穩(wěn)定同位素標(biāo)記整個嚙齒類動物用于定量蛋白質(zhì)組學(xué)組織分析。體內(nèi)重同位素標(biāo)記整個蛋白質(zhì)組是定量蛋白質(zhì)組學(xué)的理想標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)重標(biāo)記的蛋白質(zhì)組與未標(biāo)記的蛋白質(zhì)組混合后進(jìn)行消化，每一個經(jīng)質(zhì)譜鑒定的未標(biāo)記肽都可以通過其相應(yīng)的重肽進(jìn)行定量。與體外標(biāo)記技術(shù)相比，代謝標(biāo)記技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在樣品制備前將重的和未標(biāo)記的樣品混合，防止不同制劑之間的差異影響定量結(jié)果。當(dāng)需要大量樣品制備（例如分離細(xì)胞器）時，這一點(diǎn)尤其重要。在SILAM中，嚙齒類動物的食物會被改變?yōu)楹兄刭嚢彼峄?/span>15N-螺旋藻作為唯一的蛋白質(zhì)來源。重組織被用作基礎(chǔ)哺乳動物生理學(xué)和疾病動物模型定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。

酶標(biāo)記

將兩個18O原子整合到生物樣品的蛋白水解酶的肽的羧基端已成為全球**的標(biāo)記策略之一，用于比較定量蛋白質(zhì)組學(xué)。該技術(shù)的成功部分歸因于18O水相對較低的成本，“重”肽的分子量增加了+4道爾頓質(zhì)量，以及能夠從反相HPLC中共洗脫18O/16O肽對。

化學(xué)標(biāo)記

用于蛋白質(zhì)組學(xué)測量的同位素標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)物可以用化學(xué)方法制備。這可以在肽或蛋白質(zhì)水平分別通過固相合成或重組基因表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。為了幫助合成穩(wěn)定的同位素標(biāo)記肽，阿拉丁提供了一系列受保護(hù)的氨基酸和預(yù)加載樹脂，除此之外還提供部分全長蛋白（例如CRP、泛素），用于自下而上的LC-MS實(shí)驗(yàn)。

多肽合成

靶向質(zhì)譜同位素分析（即選定的反應(yīng)監(jiān)測或SRM）是用于驗(yàn)證臨床相關(guān)生物標(biāo)志物的基于抗體的檢測的替代方法，但也被用于基于發(fā)現(xiàn)的定量蛋白質(zhì)組學(xué)。這種策略的一個障礙是每一種肽都具有獨(dú)特的生化特性，其氨基酸組成和可能的翻譯后修飾決定了其從液相色譜柱、電離和碎片化的洗脫特性。為了開發(fā)診斷性臨床質(zhì)譜測定，必須在對體內(nèi)分析有效的肽之前用合成肽表征這些肽的性質(zhì)。還可通過將已知量的重肽添加到生物樣品中，利用重穩(wěn)定同位素合成肽用于絕對定量。這些策略也常用于驗(yàn)證大規(guī)模定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析的結(jié)果。

蛋白表達(dá)

穩(wěn)定同位素標(biāo)記的細(xì)胞生物量可用于蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究。此外，利用純化的、標(biāo)記完整的蛋白質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)，定量、蛋白質(zhì)組學(xué)的質(zhì)譜研究可以大大受益。使用正確折疊、標(biāo)記完整的蛋白質(zhì)是理想的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈儗⒈M可能接近地模擬樣品中內(nèi)源性目標(biāo)蛋白在消化前、消化中和消化后的物理和化學(xué)性質(zhì)。特別是，它們將經(jīng)歷與未標(biāo)記的對應(yīng)物相似的蛋白水解裂解程度，從而提高同位素稀釋質(zhì)譜（IDMS）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，無論是中向下還是自下而上的方法。

化學(xué)標(biāo)記

重同位素在蛋白質(zhì)組中的代謝摻入（如SILAC和SILAM）是一種制備內(nèi)標(biāo)或標(biāo)記對照的常用方法；然而，有些生物和動物并不適合代謝摻入。幸運(yùn)的是，分析物可以很容易地通過化學(xué)標(biāo)記反應(yīng)進(jìn)行修飾。實(shí)例包括蛋白質(zhì)或肽中伯胺的還原以及蛋白質(zhì)組樣本中游離N-連接聚糖的肼標(biāo)記。

代謝研究

阿拉丁可以提供穩(wěn)定同位素標(biāo)記的代謝底物，這些代謝底物用13C、15N、18O、D等穩(wěn)定同位素標(biāo)記。這些材料的一些應(yīng)用包括利用氨基酸進(jìn)行蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)研究、利用碳水化合物進(jìn)行葡萄糖代謝研究、利用脂肪酸進(jìn)行脂肪分解研究。這些物質(zhì)的穩(wěn)定同位素標(biāo)記使研究者能夠以一種安全、準(zhǔn)確和無創(chuàng)的方式研究生命系統(tǒng)中的代謝途徑。

同位素稀釋質(zhì)譜法（IDMS）是一種準(zhǔn)確、靈敏、可重復(fù)性強(qiáng)、廣泛應(yīng)用于各種樣品類型的中小分子定量分析的方法。穩(wěn)定同位素富集的化合物成為質(zhì)譜比較或絕對定量的理想內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的一個主要原因是，同一化合物的“重”（同位素富集）和“輕”（天然）形式的分離信號可以同時被檢測到。

13C和15N核具有核磁共振活性，因此富含這些同位素的化合物可用于磁共振檢測。13C核具有大的化學(xué)位移范圍和良好的弛豫特性，使13C富集底物成為極具價值的細(xì)胞化學(xué)和代謝探針，尤其是在快速發(fā)展的超極化領(lǐng)域。

新陳代謝

研究人員使用穩(wěn)定同位素技術(shù)研究各種各樣的代謝紊亂和疾病，包括阿爾茨海默癥、帕金森、癌癥、糖尿病和肥胖。同位素是代謝研究中最常用的示蹤劑，用于定量體內(nèi)的生化或代謝反應(yīng)。它們可以用于研究代謝途徑，確定生物標(biāo)志物，測試藥物的效果，以及開發(fā)特定狀態(tài)下生物系統(tǒng)的代謝概況。

制藥用氘代試劑

近年來，一些制藥公司已經(jīng)開始研究氘代分子，這些分子可能具有現(xiàn)有的非氘代分子不具備的優(yōu)勢。此外，目前對新型氘代藥物潛在醫(yī)療優(yōu)勢的研究也在增加。

穩(wěn)定的同位素標(biāo)記合成中間體

氘代藥物的潛在優(yōu)勢包括：

?改善代謝特征：改善的代謝特征有可能減少或消除不必要的副作用或不良的藥物相互作用；

?提高口服生物利用度：一些化合物中的氘化減少了消化道發(fā)生的系統(tǒng)前代謝，從而使更多未代謝的藥物達(dá)到目標(biāo)；

?增加的半衰期：氘代化合物的藥代動力學(xué)作用較慢，可延長在體內(nèi)的吸收和分布。與使用非氘代藥物的患者相比，這可減少患者在某一時間段內(nèi)可能需要的劑量數(shù)。

用于光電的氘代試劑

阿拉丁可以提供一系列常用于微電子和OLED制造的氘代有機(jī)分子和氘代氣體，有助于提升器件的使用壽命。

有機(jī)發(fā)光二極管用氧化氘

有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）被廣泛應(yīng)用于電視和手機(jī)屏幕等設(shè)備。OLED通常由兩個電極之間的薄層有機(jī)分子構(gòu)成。當(dāng)電流通過這些設(shè)備時，它們就會發(fā)光。

直到幾年前，OLED最大的技術(shù)問題是有機(jī)材料的壽命有限，通常是LCD、LED或PDP的一半，因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量和氧化會導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)的不穩(wěn)定。這個問題通過對OLED中的一些有機(jī)分子進(jìn)行氘化處理得以解決，這將器件的壽命提高了5到20倍，而不會顯著影響器件的其他性能。

氘代在該領(lǐng)域的另一個應(yīng)用是中子反射和特定分子層的氘化，這已成為研究有機(jī)薄膜半導(dǎo)體器件的形態(tài)、擴(kuò)散和界面行為的關(guān)鍵方法。

光導(dǎo)纖維

與傳統(tǒng)的銅線相比，光纖被廣泛用于長距離傳輸數(shù)據(jù)和更高的帶寬（數(shù)據(jù)速率）。然而，在一個互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的世界中，數(shù)據(jù)的及時性、實(shí)現(xiàn)Gbps范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的玻璃或塑料光纖由于吸收水的峰值在1360 nm和1460 nm之間而速度有限。現(xiàn)在，用氘取代材料中的氫，使得達(dá)到與當(dāng)今需求相適應(yīng)的更高速度成為可能。