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蛋白质组学是目前生命科学研究中的前沿。整体柱是近年来发展起来的新型分离介质,被誉为第四代分离介质,它具有制备简便、柱效高、通透性好等优点。基于毛细管整体柱的纳流液相色谱已经成为蛋白质结构鉴定的重要工具。硼酸亲和色谱是分析顺式邻二羟基类化合物的重要工具,可以用于核苷、糖蛋白和糖肽等重要生物分子的富集与分离,但其色谱介质目前主要以凝胶微球的形式出现,不适用于在线联用和快速分析。若能将硼酸亲和色谱和毛细管整体柱相结合,发展出相应的毛细管整体柱纳流液相色谱技术与方法,无疑将对蛋白质组学的发展起到重要的推动作用。然而,硼酸亲和整体柱目前仅有1篇文献报道,而且采用的是后修饰法,步骤比较复杂。本文采用“一步法”成功地制备了一系列不同结构和性能的硼酸功能化亲和毛细管整体柱,系统地考察了整体柱的性能,并成功应用于核苷和糖蛋白等生物分子的专一性富集。
以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,以对乙烯基苯硼酸或3-丙烯酰胺基苯硼酸为功能单体,我们首先通过共聚法制备了疏水性的硼酸亲和毛细管整体柱。系统考察了硼酸亲和毛细管整体柱可能涉及的色谱保留机理,实验表明该类整体柱涉及到亲和、反相、离子交换和氢键作用等色谱机理。这些结果为硼酸亲和色谱的流动相选择和下一步的整体柱制备时单体和交联剂的选择奠定了基础。比较了硼酸单体间隔臂的长短对整体柱色谱保留能力的影响。该整体柱成功应用于核苷和糖蛋白的富集以及糖蛋白糖型的分离。
由于疏水性硼酸亲和毛细管整体柱会造成非糖蛋白的非特异性保留,我们又选用甲叉双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,制备了亲水性的硼酸亲和毛细管整体柱,消除了由于疏水性相互作用造成的非特异性保留,该整体柱能在水相条件下用于糖蛋白的专一性富集。
苯硼酸的高pKa值决定了常规硼酸亲和色谱柱在用于糖蛋白的富集时,需在高pH条件下才能完成。通过在苯硼酸的苯环上引入砜基团或亚砜基团来降低苯硼酸的pKa值,我们又制备了亲水性的适用于中性条件的硼酸亲和毛细管整体柱。以砜基团取代的苯硼酸为单体制备的整体柱在中性条件下即可对糖蛋白进行富集;而亚砜基团取代的苯硼酸制备的整体柱,虽然在中性条件下可以实现对邻苯二酚等小分子的富集,但硼酸功能团的空间取向造成了对糖蛋白等大分子没有富集能力。
除了砜等吸电子基团取代的苯硼酸外,“Wulff类型”(通过分子内的硼-氮配位作用降低pKa)和“改进的Wulff类型”(通过分子内的硼-氧配位作用降低pKa)的取代苯硼酸也可以用于在中性条件下对顺式邻二羟基类化合物的专一识别与富集。但是,以这些取代苯硼酸作为功能单体制备整体柱时,需要合成和纯化单体,存在着产率低、步骤复杂、操作烦琐等缺点。为了克服这些缺陷,我们首次提出了基于单体协同作用的开环聚合反应,利用双胺基化合物对间氨基苯硼酸的配位作用,得到带双胺基结构的“Wullff类型”苯硼酸,然后通过开环反应得到含“Wulff类型”苯硼酸的整体柱。该方法不需要合成和纯化单体,步骤非常简单,一步反应即可制得苯硼酸功能化整体柱,在中性条件下可以对顺式邻二羟基类物质进行专一性富集。