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  • 武大質譜研究 可見光誘導環加成反應實現脂質雙鍵定位

    2020年7月01日 10:06:23 來源: X一MOL資訊
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      脂質結構的多樣性賦予了其重要的生物學功能,明確脂質化合物的化學結構,對于揭示其在疾病的發生和發展過程中的分子作用機制和途徑,具有重要的意義。目前結構脂質組學研究面臨的最大難題,是對脂質異構體中的雙鍵位置、雙鍵的順反異構和支鏈位置異構等信息進行準確的鑒定。質譜作為脂質組學最重要的研究手段之一,在脂質雙鍵異構體的鑒定方面卻面臨著極大的挑戰。這主要是因為在傳統的脂質組學質譜分析中,所采用的碰撞誘導解離技術,無法使目標物在C=C鍵處斷裂產生與其位置相關的特征離子。為了解決這個難題,研究者不斷嘗試開發不同的雙鍵化學衍生方法。其中,紫外光化學反應衍生因為反應速度快、易產生特征離子,是目前的主流方法。然而,紫外光對健康存在潛在的危害,而且在復雜體系衍生時容易產生不可預知的副反應,增加生物樣品分析的復雜性。因此,如果能夠開發出溫和的可見光激發雙鍵衍生方法,將會具有重要的優勢。

      武漢大學陳素明教授課題組在可見光化學反應及其質譜分析和應用方面具有較好的研究基礎(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 128, 9491),近期他們開發出了一種新型可見光誘導的C=O鍵和C=C鍵的[2+2]環加成反應,并將其用于脂質中雙鍵的衍生和質譜分析,成功實現了復雜生物體系中脂質雙鍵異構體的全面分析和精確鑒定。這一成果發表在化學預印本網站ChemRxiv和Chemical Science 雜志上。

      羰基化合物與烯烴可以在紫外光誘導下發生環加成反應,生成含氧雜環丁烷結構的產物(Paternò-Büchi反應)。然而到目前為止,對于這種C=O和C=C的[2+2]光環加成反應,激發光幾乎全部限制于紫外光區域。作者設想,如果使用具有較長吸收波長的羰基底物,有可能在可見光激發下就可以進行反應。通過篩選和比較不同的含羰基化合物,他們發現具有多環共軛結構的醌類化合物(如蒽醌、菲醌等)可以被可見光激發高效地與不飽和脂質中的雙鍵反應,形成含氧雜環丁烷結構的[2+2]環加成產物(圖1)。而且,該產物可以在質譜碰撞誘導解離條件下形成指示C=C鍵位置的特征碎片離子,從而實現了不飽和脂質中雙鍵異構體的精確鑒定。

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    圖1. 可見光誘導下蒽醌與脂質雙鍵的[2+2]環加成反應及雙鍵精確定位示意圖。圖片來源:Chemical Science

      通過作者進一步的研究發現,該可見光誘導的環加成反應普適性非常好,對于常見的不同類型的脂質雙鍵均具有較高的反應活性。結合質譜碰撞誘導解離方法,實現了對脂肪酸、磷脂、甘油三酯等不同類型的單不飽和及多不飽和脂質雙鍵異構體的準確分析(圖2)。而且,該方法還可以實現不飽和脂質異構體的定量分析,對于雙鍵位置異構的脂質可以進行異構體比例的精確定量(圖3)。

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    圖2. 利用該方法實現了對脂肪酸、甘油三脂、磷脂等脂質化合物中雙鍵的鑒定分析。圖片來源:Chemical Science

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    圖3. 該方法實現了不飽和脂質異構體的高靈敏絕對定量和相對定量。圖片來源:Chemical Science

      基于該可見光誘導的環加成反應和液相色譜-質譜聯用技術,他們還以血清為例,建立了復雜生物樣品中脂質雙鍵異構體的全面分析和鑒定方案(圖4),成功鑒定出了86個具有精確雙鍵位置信息的脂質異構體。值得一提的是,該方法對于多不飽和脂質的鑒定具有非常好的兼容性,他們在血清中還精確解析出了含有多達6個不飽和雙鍵的復雜脂質異構體,例如PC 16:0_22:6 (4, 7, 10, 13, 16, 19)、FA 22:6 (4, 7, 10, 13, 16, 19)、TG 18:0_18:1 (9)_20:4 (5, 8, 11, 14)等。

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    圖4. 復雜生物樣品中脂質雙鍵異構體全面分析流程以及多不飽和脂質異構體PC38:6的鑒定。圖片來源:Chemical Science

      綜上所述,這項研究突破了傳統的羰基與烯烴[2+2]光環加成反應中紫外激發光的限制,將其成功的拓展到了可見光區,并利用該反應結合質譜建立了生物樣品中脂質雙鍵異構體鑒定新方法。該方法操作簡單,使用價格低廉的可見光LED激光器就可以引發光化學反應,減少了衍生過程中的副反應,并且能與液質聯用分析很好的兼容,為脂質異構體的分析提供了新的途徑,有望在結構脂質組學以及其生物醫學應用中發揮重要的作用。

      該論文的第一作者為武漢大學高等研究院的馮桂芳博士,通訊作者為武漢大學高等研究院的陳素明教授。


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