稳定性同位素的应用

2023/1/12 16:01:46  作者:阿拉丁生化


 蛋白质组学

 

 

在过去的十年中,基于质谱(MS)的蛋白质组学已经成为生物学家的重要工具。质谱仪能够从复杂的生物样本中鉴定出数千种蛋白质,这一能力给科学实验带来了革命性的变化。然而,为了充分了解蛋白质组在健康和疾病中的功能,我们必须有能力准确定量许多不同类型的生物样本中的蛋白质。更快和更高分辨率的质谱仪的发明使复杂的蛋白质组动力学定量成为可能。质量更大的稳定性同位素通常用于生成精确和准确的定量蛋白质组学数据。被重稳定同位素标记的肽与“轻”或未标记的肽具有相同的生化特性,只是质量不同。将重肽与轻肽混合后形成的多肽对共洗脱进入质谱仪中,质谱仪可以根据其质量差异轻松区分多肽。当使用重肽作为内标准或对照时,可以实现在不同生物条件或实验下的蛋白质组之间的定量差异。阿拉丁可以提供多种稳定的同位素试剂,用于标记任何用于定量质谱分析的蛋白质组。通过对疾病动物模型的定量生物标志物分析和定量蛋白质组学分析,这些稳定同位素质谱的分析方法使科学家离治愈人类疾病更近了一步。

 

 

代谢标记

 

 

一种蛋白质组标记将稳定同位素氨基酸引入细胞生长培养基或啮齿类动物饲料。生长期和摄食期允许同位素标记的稳定氨基酸以代谢方式并入蛋白质组。涉及细胞培养的实验称为SILAC(细胞培养中氨基酸的稳定同位素标记),而哺乳动物系统称为SILAM(哺乳动物的稳定同位素标记)。每种代谢标记技术在下文中会做具体阐述。

 

 

SILAC

 

 

SILAC是指用重氨基酸标记培养细胞进行定量蛋白质组学分析。用体内重氨基酸标记整个蛋白质组是定量蛋白质组学的理想标准。当重标记的蛋白质组与未标记的蛋白质组混合后进行消化,每一个经质谱鉴定的未标记肽都可以通过其相应的重肽进行定量。在SILAC中,胰蛋白酶氨基酸、精氨酸(R)和赖氨酸(K)均含有重稳定同位素,所以如果用胰蛋白酶消化,每一个肽都被标记。这种代谢标记策略已被多个蛋白质组学研究采用。与体外标记技术相比,代谢标记技术的优点是在样品制备前将重的和未标记的样品混合,防止不同制剂之间的差异影响最终定量结果。当需要大量样品制备(例如分离细胞器)时,这一点尤其重要。

 

 

SILAM

 

 

SILAM是指用重稳定同位素标记整个啮齿类动物用于定量蛋白质组学组织分析。体内重同位素标记整个蛋白质组是定量蛋白质组学的理想标准。当重标记的蛋白质组与未标记的蛋白质组混合后进行消化,每一个经质谱鉴定的未标记肽都可以通过其相应的重肽进行定量。与体外标记技术相比,代谢标记技术的优点是在样品制备前将重的和未标记的样品混合,防止不同制剂之间的差异影响定量结果。当需要大量样品制备(例如分离细胞器)时,这一点尤其重要。在SILAM中,啮齿类动物的食物会被改变为含有重赖氨酸或15N-螺旋藻作为唯一的蛋白质来源。重组织被用作基础哺乳动物生理学和疾病动物模型定量蛋白质组学分析的内部标准。

 

 

酶标记

 

 

将两个18O原子整合到生物样品的蛋白水解酶的肽的羧基端已成为全球领先的标记策略之一,用于比较定量蛋白质组学。该技术的成功部分归因于18O水相对较低的成本,“重”肽的分子量增加了+4道尔顿质量,以及能够从反相HPLC中共洗脱18O/16O肽对。

 

 

化学标记

 

 

用于蛋白质组学测量的同位素标记标准物可以用化学方法制备。这可以在肽或蛋白质水平分别通过固相合成或重组基因表达来实现。为了帮助合成稳定的同位素标记肽,阿拉丁提供了一系列受保护的氨基酸和预加载树脂,除此之外还提供部分全长蛋白(例如CRP、泛素),用于自下而上的LC-MS实验。

 

 

多肽合成

 

 

靶向质谱同位素分析(即选定的反应监测或SRM)是用于验证临床相关生物标志物的基于抗体的检测的替代方法,但也被用于基于发现的定量蛋白质组学。这种策略的一个障碍是每一种肽都具有独特的生化特性,其氨基酸组成和可能的翻译后修饰决定了其从液相色谱柱、电离和碎片化的洗脱特性。为了开发诊断性临床质谱测定,必须在对体内分析有效的肽之前用合成肽表征这些肽的性质。还可通过将已知量的重肽添加到生物样品中,利用重稳定同位素合成肽用于绝对定量。这些策略也常用于验证大规模定量蛋白质组学分析的结果。

 

 

蛋白表达

 

 

稳定同位素标记的细胞生物量可用于蛋白质组学和代谢组学研究。此外,利用纯化的、标记完整的蛋白质作为内标,定量、蛋白质组学的质谱研究可以大大受益。使用正确折叠、标记完整的蛋白质是理想的内部标准,因为它们将尽可能接近地模拟样品中内源性目标蛋白在消化前、消化中和消化后的物理和化学性质。特别是,它们将经历与未标记的对应物相似的蛋白水解裂解程度,从而提高同位素稀释质谱(IDMS)实验结果的准确性,无论是中向下还是自下而上的方法。

 

 

化学标记

 

 

重同位素在蛋白质组中的代谢掺入(如SILAC和SILAM)是一种制备内标或标记对照的常用方法;然而,有些生物和动物并不适合代谢掺入。幸运的是,分析物可以很容易地通过化学标记反应进行修饰。实例包括蛋白质或肽中伯胺的还原以及蛋白质组样本中游离N-连接聚糖的肼标记。
 

 

 

代谢研究

 

 

阿拉丁可以提供稳定同位素标记的代谢底物,这些代谢底物用13C、15N、18O、D等稳定同位素标记。这些材料的一些应用包括利用氨基酸进行蛋白质周转研究、利用碳水化合物进行葡萄糖代谢研究、利用脂肪酸进行脂肪分解研究。这些物质的稳定同位素标记使研究者能够以一种安全、准确和无创的方式研究生命系统中的代谢途径。

 

 

同位素稀释质谱法(IDMS)是一种准确、灵敏、可重复性强、广泛应用于各种样品类型的中小分子定量分析的方法。稳定同位素富集的化合物成为质谱比较或绝对定量的理想内部标准的一个主要原因是,同一化合物的“重”(同位素富集)和“轻”(天然)形式的分离信号可以同时被检测到。

 

 

13C和15N核具有核磁共振活性,因此富含这些同位素的化合物可用于磁共振检测。13C核具有大的化学位移范围和良好的弛豫特性,使13C富集底物成为极具价值的细胞化学和代谢探针,尤其是在快速发展的超极化领域。

 

 

新陈代谢

 

 

研究人员使用稳定同位素技术研究各种各样的代谢紊乱和疾病,包括阿尔茨海默症、帕金森、癌症、糖尿病和肥胖。同位素是代谢研究中最常用的示踪剂,用于定量体内的生化或代谢反应。它们可以用于研究代谢途径,确定生物标志物,测试药物的效果,以及开发特定状态下生物系统的代谢概况。
 

 

 

制药用氘试剂

 

 

近年来,一些制药公司已经开始研究氘代分子,这些分子可能具有现有的非氘分子不具备的优势。此外,目前对新型氘代药物潜在医疗优势的研究也在增加。

 

 

稳定的同位素标记合成中间体

 

 

氘代药物的潜在优势包括:

 

 

•改善代谢特征:改善的代谢特征有可能减少或消除不必要的副作用或不良的药物相互作用;

 

 

•提高口服生物利用度:一些化合物中的氘化减少了消化道发生的系统前代谢,从而使更多未代谢的药物达到目标;

 

 

•增加的半衰期:氘代化合物的药代动力学作用较慢,可延长在体内的吸收和分布。与使用非氘代药物的患者相比,这可减少患者在某一时间段内可能需要的剂量数。
 

 

 

用于光电的氘代试剂

 

 

阿拉丁可以提供一系列常用于微电子和OLED制造的氘代有机分子和氘代气体,有助于提升器件的使用寿命。

 

 

有机发光二极管用氧化氘

 

 

有机发光二极管(OLED)被广泛应用于电视和手机屏幕等设备。OLED通常由两个电极之间的薄层有机分子构成。当电流通过这些设备时,它们就会发光。

 

 

直到几年前,OLED最大的技术问题是有机材料的寿命有限,通常是LCD、LED或PDP的一半,因为在运行过程中产生的热量和氧化会导致化学物质的不稳定。这个问题通过对OLED中的一些有机分子进行氘化处理得以解决,这将器件的寿命提高了5到20倍,而不会显著影响器件的其他性能。

 

 

氘代在该领域的另一个应用是中子反射和特定分子层的氘化,这已成为研究有机薄膜半导体器件的形态、扩散和界面行为的关键方法。

 

 

光导纤维

 

 

与传统的铜线相比,光纤被广泛用于长距离传输数据和更高的带宽(数据速率)。然而,在一个互联网驱动的世界中,数据的及时性、实现Gbps范围内的数据传输是至关重要的。传统的玻璃或塑料光纤由于吸收水的峰值在1360 nm和1460 nm之间而速度有限。现在,用氘取代材料中的氢,使得达到与当今需求相适应的更高速度成为可能。

上一篇:离子液体优点 
下一篇:小分子抑制剂选择指南

快速导航:会员中心|快速下单| 品牌中心|联系我们| 签到送积分|
中华试剂网-购试剂平台 上海思域化工科技有限公司 上海腾准生物科技有限公司 Shanghai Civi Chemical Technology Co., Ltd.

本网站销售的所有产品仅用于工业应用或者科学研究等非医疗目的,不可用于人类或动物的临床诊断或治疗,非药用,非食用。