低能量碰撞下钠加合肽的质谱碎裂规律的研究

钠加合肽在质谱低能量的碰撞下产生的碎片离子不同于质子化肽离子形成的碎片。研究显示：脯氨酸的存在使钠加合肽碎片离子丰度增强；钠与肽结合使肽键在酸性氨基酸的C端发生选择性断裂。然而，相对于质子化肽，钠加合肽在各种氨基酸存在下产生的碎片，碎裂反应机理和能量方面的研究报道较少。鉴于钠加合肽能提供质子化肽不能提供的碎片离子种类和结构信息，在这项研究中我们将使用离子阱，三重四级杆，基质辅助激光解析飞行时间质谱分别地研究胰酶水解肽和非胰酶水解肽在酸性氨基酸，碱性氨基酸和酸碱氨基酸共存的条件下形成的碎片离子。研究这些特殊氨基酸的数量，位置，组成和肽链的长度对形成碎片离子的影响。通过对钠加合肽在各种氨基酸存在下质谱碎裂规律的研究，揭示钠加合肽碎裂反应机理和控制碎裂反应热力学和动力学因素。希望能半定量地理解钠加合肽碎裂过程，建立钠加合肽质谱碎裂模型，应用于肽的测序，特殊氨基酸分析和蛋白质组学研究。

钠离子在生物体中分布广泛并在酶的活化、细胞的新陈代谢，稳定蛋白结构等诸多方面发挥着重要的作用。另一方面，在蛋白和多肽质谱测序中，结合钠离子的多肽在质谱低能量碰撞（collision induced dissociation，CID）下发生不同于质子化肽的碎裂。研究显示：多肽在天冬氨酸、脯氨酸等处发生选择性断裂形成特征碎片离子。这些碎片离子是对质子化肽的碎片离子信息的补充，用于质谱测序可提高多肽/蛋白质序列测定的准确度。然而，相对于质子化肽的研究，钠离子与各种氨基酸的作用及对多肽气体相碎裂的影响，钠加合肽碎裂反应机理和能量方面的研究报道较少。鉴于上述钠加合肽的研究意义，在本项工作中我们利用离子肼，Q-tof和MALDI tof质谱仪对一系列不同氨基酸组成的肽段在金属钠离子的作用下形成碎片离子进行了系统研究。结合同位素标记、H/D交换、氨基酸置换实验以及理论计算研究了形成这些碎片的途径和机理。我们的研究发现：在碱金属钠的作用下几个氨基酸发生了特殊气相反应，例如：天冬氨酸异构体在C端连接的位置发生不同的选择性断裂，特征碎片能用于同分异构体鉴别；苏氨酸发生失乙醛和N-O转换反应；赖氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺也发生特殊的断裂形成特殊离子。这些特征离子不仅可用于肽的测序和特殊氨基酸的鉴别，而且对揭示碱金属在气相对不同氨基酸反应的影响也具有重要意义。此外，我们发现在缺质子的条件下，N端固定电荷引发气体相的麦氏重排反应导致系列c离子的形成。值得一提的是，钠离子引发的碎裂与N端固定电荷作用引发碎裂有许多相似之处。这些不同氨基酸在钠的作用下发生反应的一个共同的特征是发生不同类型麦氏重排反应，在缺少移动质子情况下，先发生H的迁移，然后，进一步发生氨基酸的异构、转化和中性丢失。重要的是：这些反应与溶液相中发生的肽的水解和氨基酸异构和转化反应密切相关，建立气体相和溶液相反应之间联系对解释肽的生物学过程和反应具有重要的意义。同时我们发现不同的碱金属比如，锂、钠、钾等对不同的氨基酸也有不同的影响；在遥控电荷和金属的作用下，C-H键容易被活化，这些发现引起我们进一步的兴趣研究其他金属对肽气体相碎裂的影响及在化学合成和探索肽的生物活性中的意义和应用。此外，我们还对MALDI靶进行了图案化修饰，极大地提高了复杂样品中蛋白和多肽的分析能力。