摘 要

蛋白质样品具有组成极其复杂、结构多样、丰度动态变化范围宽的特点，对生物质谱分析中的高通量、高回收率、高选择性的样品制备技术提出严格要求。现阶段，生物样品制备仍然存在效率低，覆盖度差、样品损失严重等问题。纳米材料特定的组成和结构特点赋予其对蛋白、多肽等特定生物分子特异的相互作用方式和高效捕获能力，在生物样品的富集、分析、纯化等领域中存在巨大的应用潜力。本文主要对UiO-66材料的表征以及UiO-66对多肽富集能力考察进行了实验研究，发现UiO-66材料的HILIC模式对亲水性和低分子量肽段具有良好的富集能力，RP模式对疏水性多肽以及酸性的亲水性多肽也有较好的富集能力，两种模式具有较好的正交性和互补性。另外，Zr-MOF材料特定的纳米孔道结构对蛋白具有尺寸排阻作用，提高了样品处理和质谱分析的兼容性。

关键词：多孔纳米材料 蛋白组学 样品前处理

Reversed-phase/hydrophilic mode based on porous UiO-66 material for efficient enrichment analysis of peptides

Abstract

Protein samples have the characteristics of extremely complex composition, diverse structure and wide dynamic range of abundance. They are strict requirements for high-throughput, high-recovery and high-selectivity sample preparation techniques in biomass analysis. At this stage, biological sample preparation still has problems such as low efficiency, poor coverage, and serious sample loss. The specific composition and structural characteristics of nanomaterials give them a specific interaction mode and high-capacity capture ability for specific biomolecules such as proteins and peptides, and have great application potential in the fields of enrichment, analysis and purification of biological samples. In this paper, the characterization of UiO-66 material and the investigation of the enrichment ability of UiO-66 were studied. It was found that the HILIC mode of UiO-66 material has good enrichment ability for hydrophilic and low molecular weight peptides, RP mode. It also has good enrichment ability for hydrophobic peptides and acidic hydrophilic peptides. The two modes have good orthogonality and complementarity. In addition, the specific nanopore structure of the Zr-MOF material has a size exclusion effect on the protein, which improves the compatibility of sample processing and mass spectrometry.

Keywords: porous nanomaterials； proteomics； sample preparation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1蛋白组学 1

1.1.1蛋白质组学的发展 1

1.1.2多肽分析的流程 2

1.2样品前处理 4

1.2.1超滤法 4

1.2.2有机溶剂沉淀法 4

1.2.3 固相萃取法 5

1.3纳米材料富集多肽的研究进展 5

1.4多孔纳米材料的制备 6

第二章 实验部分 7

2.1材料和试剂 7

2.2 材料的制备 8

2.2.1 UiO-66材料制备 8

2.2.2 UiO-66 Tip小柱制备 8

2.2.3 C₁₈除盐小柱制备 9

2.3 样品的制备 9

2.4多肽的富集 9

2.4.1 RP模式tip小柱富集 10

2.4.2 HILIC模式tip小柱富集 10

2.5质谱采集 10

2.6 数据检索 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 UiO-66材料的表征 12

3.2 UiO-66 的RP和HILIC富集多肽考察 13

3.2.1 UiO-66富集上样条件考察 13

3.2.2富集洗脱条件考察 14

3.3 UiO-66小柱富集多肽回收率考察 16

3.4 UiO-66富集小柱的尺寸排阻性能 17

第四章 小结与展望 19

参考文献 21

致谢 23

文献综述

1.1蛋白组学

1.1.1蛋白质组学发展

蛋白质是人体内各类生物过程以及重要功能的基础，同时也是生物体中重要的生物活化剂。蛋白质组的概念早期是由著名科学家威尔金斯和威廉姆斯于1994年提出，并且给蛋白质组做出初次定义：由细胞，组织或生物体表达的蛋白质[1]。

由于传统的单体蛋白质研究方法不能满足当今基因组发展的渴求，随着研究人员一直加大对蛋白质组学的研究，蛋白质组学的意义也一直处于扩展之中。如今，蛋白质组学的定义综合广义和狭义，现在一般认为蛋白质组是一个已知的细胞在某一特定时刻的包括所有亚型和修饰的全部蛋白质，蛋白质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态,了解蛋白质之间的相互作用与联系,提示蛋白质的功能与细胞的活动规律[2]。

蛋白质组学本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包含蛋白质的表达水平，蛋白与蛋白互相作用，翻译后的修饰等，以此来全面获得蛋白质水平上的与疾病发生，细胞代谢等过程相关的认知[3]。虽然蛋白质组学具有广泛并且狭隘的定义，但是终极目的是统一的。那就是将一个细胞中的全部蛋白质都作为一个整体进行研究，来了解认识整个生命科学的发展。

在众多早期的蛋白质组学研究过程中，主要是将特定蛋白质与生物过程相结合起来。尽管这项工作已经取得较为喜人的成果，但更为重要的是要认识到蛋白质在生理学上不一定具有专一的功能或作用。因此揭露蛋白质在细胞中的多种功能和作用将是蛋白质组学的挑战之一。

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