1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代生物學儀器分析在生命科學研究中的應(yīng)用生命科學的發(fā)展與生物學儀器分析技術(shù)的進步密切相關(guān)，比如X射線晶體衍射對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)代分子生物學的基石，使微觀世界的大門為我們敞開，讓我們得以一窺微觀領(lǐng)域的奇妙景象。一代測序技術(shù)的問世使人類得以提前完成人類基因組計劃，第二代，第三代測序技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大降低了測序成本，還大幅提高了測序速度，并且保證了高準確性，為現(xiàn)代生物學的研究提供了強有力的幫助。誕生于上個世紀八十年代的生物質(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)和新的方法會不斷的涌現(xiàn)出來，從而加速生命科學研究的不斷發(fā)展。現(xiàn)代生物學儀器分析中有“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。紫外可見吸收光譜是通過研究溶液中生物分子對紫外和可見光譜區(qū)輻射能的吸收情況對生物分子進行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。通常我們所說的紫外光譜其波長范圍主要是為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也不同，其能級差不同，而各物質(zhì)只

3、能吸收與它們分子內(nèi)部能級差相當?shù)墓廨椛洌圆煌镔|(zhì)對不同波長光的吸收具有選擇性。紫外可見吸收光譜應(yīng)用廣泛，不僅可進行定量分析，還可利用吸收峰的特性進行定性分析和簡單的結(jié)構(gòu)分析。近年來，隨著生命科學領(lǐng)域的發(fā)展，紫外可見吸收光譜在生命科學領(lǐng)域應(yīng)用的越來越廣泛。比如利用紫外-可見吸收光譜對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-可見吸收光譜測定生物樣品的濃度（蛋白質(zhì)，核酸等）紅外拉曼光譜在生命科學領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，因為拉曼樣品用量很少，不需要對生物樣品進行固定、脫水、包埋、切片、染色、標記等繁瑣的前處理程序，不僅操作簡單，而且不會損傷樣品從而能夠獲得樣品最真實的信息。另外，

4、生物大分子多是處在水溶液中，研究它們在水溶液中的結(jié)構(gòu)對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，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，而且單細胞拉曼光譜能提供細胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等大量信息，可以在不損傷細胞的條件下對細胞分子結(jié)構(gòu)變化進行動態(tài)監(jiān)測。核磁共振是指核磁矩不為0的核，在外磁場的作用下，核自旋能級發(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象，主要用于研究生物分子、藥物分子和化學分子

5、體系中的相關(guān)問題。固體核磁共振: 以固體樣品為研究對象，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，但是實驗技術(shù)各不相同，對實驗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，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，解決了蛋白質(zhì)大分子樣品的制備問題，促使溶液高分辨核磁共振實驗方法朝多維核磁共振方向發(fā)展。因而，目前已可用來確定分子量大到4萬的蛋白質(zhì)分子的溶液三維空間結(jié)構(gòu)。為我們在接近生理條件下，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。以多組學技術(shù)為研究策略的一種系統(tǒng)生物學研究內(nèi)容掀起了學術(shù)界的熱潮，質(zhì)譜技術(shù)以其快速、高靈敏度、高精確度的特點廣泛應(yīng)用于蛋白組學、代謝組學、糖組學等多組學的研究中，逐漸成為組學研究的核心技術(shù)。通過質(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)，并對其進行高通量篩選，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)生物學的基礎(chǔ)研究手段。代謝組學主要通過質(zhì)譜分析手段對生物系統(tǒng)基質(zhì)中的小分子代謝物進行分析，最終回歸到生物體的蛋白表達和基因組層面對其生物學功能進行驗證。系統(tǒng)生物學強調(diào)生物體的整體論，以生物系統(tǒng)的一類物質(zhì)作為研究對象，以期能為整體生物擾動找到突破點，進而對其擾動機制進行研究，從而將生物分子與整體擾動聯(lián)系起來，質(zhì)譜技術(shù)作為兩者關(guān)鍵的連接，為生命過程的研究提供準確、快速方案。未來更高通量、快速的質(zhì)譜技術(shù)可與精準診療技術(shù)結(jié)合為生命科學領(lǐng)域研究帶來廣闊前景。質(zhì)譜對于蛋白質(zhì)組學，就像PCR對于基因組學一樣重要。目前在生命科學領(lǐng)域，常用質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學來檢測蛋白質(zhì)相互作