蛋白测序是解析蛋白质氨基酸排列顺序的核心技术,主要分为传统化学法、质谱分析法和新兴单分子技术三大类。以下是主流方法的原理、流程及适用场景详解:
? 一、传统化学法:Edman降解
原理:
从蛋白质N端逐级切割氨基酸,通过苯异硫氰酸酯(PITC)标记→环化裂解→HPLC鉴定释放的氨基酸衍生物(PTH-AA)。
流程:
变性处理:用6M盐酸胍解开蛋白高级结构
N端封闭:乙酰化防止非目标反应
循环反应:
碱性条件与PITC结合
无水三裂解N端氨基酸
萃取PTH-AA进行HPLC分析
特点:
? 优势:可测N端15-60个氨基酸(纯度>95%时)
? 局限:
不能处理N端封闭蛋白(如乙酰化蛋白)
通量极低(1样本/小时)
需≥10 pmol纯化蛋白
应用场景:抗体CDR区短肽验证、重组蛋白N端质检
?? 二、质谱分析法(主流技术)
1. 自上而下(Top-Down)
原理:
完整蛋白离子化(电喷雾ESI)→高分辨质谱(如Orbitrap/FT-ICR)直接测序。
流程:
特点:
保留翻译后修饰(PTM)信息
需超高性能质谱(分辨率>100,000)
适用分子量<50 kDa蛋白
2. 自下而上(Bottom-Up)
原理:
蛋白酶解→肽段分离→串联质谱(MS/MS)测序→算法拼接。
关键步骤:
酶解:Trypsin(切割K/R位点)、Lys-C等
色谱分离:nanoLC梯度洗脱(C18柱)
碎裂方式:
类型 适用场景 特点
CID(碰撞诱导解离) 小肽段(<2 kDa) 易丢失修饰信息
ETD(电子转移解离) 磷酸化/糖基化修饰 保留不稳定修饰
HCD(高能碰撞) 通用型(灵敏度高) 碎片覆盖全面
数据库搜索工具:
Mascot、MaxQuant(标记定量)
de novo算法:PEAKS(无需数据库)
特点:
通量高(可并行数百样本)
需μg级蛋白起始量
可定位修饰位点(如磷酸化Ser/Thr)
? 三、单分子测序技术
1. 纳米孔蛋白测序(Oxford Nanopore)
原理:
蛋白变性为线性多肽→通过纳米孔时引起电流变化→AI解码氨基酸序列。
突破性:
直接读取翻译后修饰(如磷酸化酪氨酸电流特征)
2023年实现单分子精度(误差<5%)
2. 荧光标记测序(Fluorosequencing)
流程:
将20种氨基酸分为5组,每组用特异荧光染料标记
蛋白固定于载玻片,逐轮切除N端氨基酸
每轮显微成像识别荧光颜色→对应氨基酸组
特点:
适合低丰度蛋白(zeptomole级)
商业平台:Erisyon™(2024年推出)
?? 四、方法选择决策树
? 五、前沿进展与挑战
AI辅助:
AlphaFold2预测结构辅助序列验证
DeepMSn实现95%准确度的de novo测序
挑战:
膜蛋白等难溶样本的处理
同分异构体(如Leu/Ile)区分
单氨基酸变异(SAV)检测限>0.1%
实用建议:
常规研究Bottom-Up质谱(成本≈¥800/样本)
抗体药物开发需结合Edman降解+质谱
探索性研究关注纳米孔实时测序(通量>100样本/天)
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