現(xiàn)代生物學(xué)儀器分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代生物學(xué)儀器分析在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用生命科學(xué)的發(fā)展與生物學(xué)儀器分析技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)，比如X射線晶體衍射對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用，而DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基石，使微觀世界的大門為我們敞開(kāi)，讓我們得以一窺微觀領(lǐng)域的奇妙景象。一代測(cè)序技術(shù)的問(wèn)世使人類得以提前完成人類基因組計(jì)劃，第二代，第三代測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大降低了測(cè)序成本，還大幅提高了測(cè)序速度，并且保證了高準(zhǔn)確性，為現(xiàn)代生物學(xué)的研究提供了強(qiáng)有力的幫助。誕生于上個(gè)世紀(jì)八十年代的生物質(zhì)譜技術(shù)，為功能基因組，蛋白質(zhì)組的研究奠定了基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更精確，更快速，選擇性更

2、高，靈敏度更高的分析儀器以及新的技術(shù)和新的方法會(huì)不斷的涌現(xiàn)出來(lái)，從而加速生命科學(xué)研究的不斷發(fā)展?，F(xiàn)代生物學(xué)儀器分析中有“四大譜”和“三大法”。生物分子的結(jié)構(gòu)分析最有效的方法就是“四大譜”：紫外-可見(jiàn)光譜、紅外光譜、核磁共振波譜和質(zhì)譜。而生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的最重要和應(yīng)用最廣泛的“三大法”分為X射線晶體衍射分析、核磁共振波譜分析和冷凍電鏡。紫外可見(jiàn)吸收光譜是通過(guò)研究溶液中生物分子對(duì)紫外和可見(jiàn)光譜區(qū)輻射能的吸收情況對(duì)生物分子進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。通常我們所說(shuō)的紫外光譜其波長(zhǎng)范圍主要是為200800nm。由于不同物質(zhì)的分子其組成和結(jié)構(gòu)不同，它們所具有的特征能級(jí)也不同，其能級(jí)差不同，而各物質(zhì)只

3、能吸收與它們分子內(nèi)部能級(jí)差相當(dāng)?shù)墓廨椛?，所以不同物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收具有選擇性。紫外可見(jiàn)吸收光譜應(yīng)用廣泛，不僅可進(jìn)行定量分析，還可利用吸收峰的特性進(jìn)行定性分析和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分析。近年來(lái)，隨著生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，紫外可見(jiàn)吸收光譜在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。比如利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜對(duì)生物樣品的定性分析，鑒定生物樣品的種類、純度等；還可以利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜測(cè)定生物樣品的濃度（蛋白質(zhì)，核酸等）紅外拉曼光譜在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)槔鼧悠酚昧亢苌?，不需要?duì)生物樣品進(jìn)行固定、脫水、包埋、切片、染色、標(biāo)記等繁瑣的前處理程序，不僅操作簡(jiǎn)單，而且不會(huì)損傷樣品從而能夠獲得樣品最真實(shí)的信息。另外，

4、生物大分子多是處在水溶液中，研究它們?cè)谒芤褐械慕Y(jié)構(gòu)對(duì)于了解生物大分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系非常重要。由于水的紅外吸收很強(qiáng)，因此用紅外光譜研究生物體系有很大局限性，而水的拉曼散射很弱，干擾小，而且單細(xì)胞拉曼光譜能提供細(xì)胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等大量信息，可以在不損傷細(xì)胞的條件下對(duì)細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。核磁共振是指核磁矩不為0的核，在外磁場(chǎng)的作用下，核自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一特定頻率的射頻輻射的物理過(guò)程。按照核磁共振所研究的樣品體系，我們可以將核磁共振技術(shù)分為溶液高分辨核磁共振、固體核磁共振及核磁共振成像。溶液高分辨核磁共振: 以溶液樣品為研究對(duì)象，主要用于研究生物分子、藥物分子和化學(xué)分子

5、體系中的相關(guān)問(wèn)題。固體核磁共振: 以固體樣品為研究對(duì)象，在材料研究以及高分子聚合物的分析中是不可缺少的研究手段。核磁共振成像技術(shù): 可用以獲得人和動(dòng)物體中各種器官以及骨骼的斷面圖像，現(xiàn)今已發(fā)展成為醫(yī)學(xué)上重要的診斷工具。三類核磁共振基于同一物理原理，但是實(shí)驗(yàn)技術(shù)各不相同，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品制備也有各不相同的要求。在溶液高分辨核磁共振研究中，八十年代以來(lái)，由于遺傳工程和基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，使得蛋白質(zhì)分子得以在體外大量表達(dá)，解決了蛋白質(zhì)大分子樣品的制備問(wèn)題，促使溶液高分辨核磁共振實(shí)驗(yàn)方法朝多維核磁共振方向發(fā)展。因而，目前已可用來(lái)確定分子量大到4萬(wàn)的蛋白質(zhì)分子的溶液三維空間結(jié)構(gòu)。為我們?cè)诮咏項(xiàng)l件下，在

6、溶液三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系提供了重要的研究手段。以多組學(xué)技術(shù)為研究策略的一種系統(tǒng)生物學(xué)研究?jī)?nèi)容掀起了學(xué)術(shù)界的熱潮，質(zhì)譜技術(shù)以其快速、高靈敏度、高精確度的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、糖組學(xué)等多組學(xué)的研究中，逐漸成為組學(xué)研究的核心技術(shù)。通過(guò)質(zhì)譜技術(shù)得到相關(guān)生物分子復(fù)雜的、龐大的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行高通量篩選，為蛋白質(zhì)、氨基酸、小分子代謝物等的定性和定量研究提供快速方法，作為系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)研究手段。代謝組學(xué)主要通過(guò)質(zhì)譜分析手段對(duì)生物系統(tǒng)基質(zhì)中的小分子代謝物進(jìn)行分析，最終回歸到生物體的蛋白表達(dá)和基因組層面對(duì)其生物學(xué)功能進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)生物學(xué)強(qiáng)調(diào)生物體的整體論，以生物系統(tǒng)的一類物質(zhì)作為研究對(duì)象，以期能為整體生物擾動(dòng)找到突破點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)其擾動(dòng)機(jī)制進(jìn)行研究，從而將生物分子與整體擾動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，質(zhì)譜技術(shù)作為兩者關(guān)鍵的連接，為生命過(guò)程的研究提供準(zhǔn)確、快速方案。未來(lái)更高通量、快速的質(zhì)譜技術(shù)可與精準(zhǔn)診療技術(shù)結(jié)合為生命科學(xué)領(lǐng)域研究帶來(lái)廣闊前景。質(zhì)譜對(duì)于蛋白質(zhì)組學(xué)，就像PCR對(duì)于基因組學(xué)一樣重要。目前在生命科學(xué)領(lǐng)域，常用質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學(xué)來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)相互作