N-羟基琥珀酰亚胺-荧光素-O-乙酸酯柱前衍生HPLC分离荧光检测肽及其水解产物.doc

N-羟基琥珀酰亚胺-荧光素-O-乙酸酯柱前衍生HPLC分离荧光检测肽及其水解产物【关键词】 高效液相色谱法摘 要 探索了N-羟基琥珀酰亚胺-荧光素-O-乙酸酯（SIFA）与氧化型谷胱甘肽（GSSG）、三甘肽（Gly-Gly-Gly）、二甘肽（Gly-Gly）和组成它们的氨基酸-谷氨酸（Glu）、胱氨酸（Cys2）、甘氨酸（Gly）反应的衍生条件以及其衍生物的色谱分离条件。于含pH8.5的0.2 mmol/L H3BO3-Na2B4O7缓冲溶液中衍生25 min，衍生反应液直接进样，采用C18柱，以含42%甲醇的pH5.0 10 mmol/L H3cit-Na2HPO4缓冲溶液为流动相，在ex/em492/513 nm处荧光检测，分离测定了六种肽及其组成氨基酸的衍生物，检出限为0.6412 fmol。该方法具有流动相体系简单、灵敏度更高等优点。关键词 高效液相色谱法；N-羟基琥珀酰亚胺-荧光素-O-乙酸酯；荧光衍生试剂；肽N-hydroxysuccinimidyl fluorescein-O-acetate as a fluorescentderivatizing reagent for oligopeptides and their hydrolysatesAbstract Some oligopeptides and their hydrolysates such as GSSG, Gly, Gly-Gly, Gly-Gly-Gly, Glu and (Cys)2 were separated and determined by HPLC-fluorescent using SIFA as precolumn derivatizing reagent. The fluorescent properties of SIFA and its derivatives were examined, and the effects of the pH value and CH3OH concentration were studies. In the CH3OH-H2O（7:3,V/V）solution containing pH8.5 H3BO3-Na2B4O7 buffer, SIFA was derivatized at 30 for 25 min. The resulting fluorescent derivatives were separated on a C18 column using (CH3OH)=42% solution containing 10 mmol/L H3cit-Na2HPO4 （pH5.0） as the mobile phase and detected spectrofluorimetrically at 513 nm with excitation at 492 nm. The detection limits was 0.6412 fmol（S/N=3）.Key words HPLC；N-hydroxysuccinimidyl fluorescein-O-acetate（SIFA）；fluorescence detection; peptide近10年来，与生命科学有关的生物活性肽的研究日益受到人们的重视。高效液相色谱荧光检测由于具有较高的灵敏度和选择性，成为目前分离和检测肽的一种十分有效的技术，并在肽分析中得到广泛的应用1。由于除含苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸的极少数肽具有微弱的荧光以外，绝大部分肽本身都没有荧光，因此必须进行衍生才能使肽成为荧光检测的化合物。目前常用的荧光衍生试剂有荧光胺、邻苯二甲醛（OPA）、丹磺酰氯（DNS-C1）、荧光素异硫氰酸酯等。OPA和荧光胺虽然灵敏度较高，但是它们的衍生物稳定性较差，且只能与一级氨基化合物反应。DNS-Cl与荧光素异硫氰酸酯虽然都具有能跟一、二级氨基化合物衍生且衍生产物稳定等优点，但DNS-Cl能与醇酚的羟基、巯基以及部分氨基化合物中的咪唑基反应而选择性较差。使用荧光素异硫氰酸酯衍生时需要真空干燥以除去过量试剂，对固定相损害较大而缩短了柱子寿命且操作繁琐。N-羟基琥珀酰亚胺活性酯是一类较新的胺基化合物的衍生试剂。目前报道的主要有6-氨基喹啉基-N-羟基琥珀酰亚胺甲酸酯（AQC）2、N-羟基琥珀酰亚胺-(9-菲)-乙酸酯3、N-羟基琥珀酰亚胺-萘乙酸酯4、N-羟基琥珀酰亚胺-3-吲哚乙酸酯5，6和N-羟基琥珀酰亚胺-9-芴甲基碳酸酯7等。这些试剂与氨基具有较强的选择性反应能力，不与羟基、巯基等反应，过量试剂迅速水解，干扰较少等优点。我们首次合成的新荧光衍生试剂N-羟基琥珀酰亚胺-荧光素-O-乙酸酯（SIFA）8，由于荧光素具有很强的荧光，因而极大提高了其检测灵敏度，同时也保持了其对胺基反应的良好选择性。1 实验部分1.1 仪器与试剂 LC-6A高效液相色谱仪（日本岛津），RF-530荧光检测器（日本岛津），CR-3A数据处理器（日本岛津），RF-5000荧光分光光度计（日本岛津），DF-80l酸度计（中山大学），色谱柱：C18,(5 m，250 mm4 mm)。5 mmol/L SIFA（自合成）乙腈溶液：称SIFA固体0.2437 g溶于100 mL乙腈中（乙腈用无水K2CO3干燥几天，再用P2O5干燥，蒸馏制得）。0.2 mol/L H3cit-Na2HPO4缓冲溶液：在酸度计上将0.2 mol/L Na2HPO4溶液与0.2 mol/L H3cit溶液混合调至所需pH值。0.1 mol/L缓冲溶液：在酸度计上将0.2 mol/LH3BO3溶液与0.05 mol/L Na2B4O7溶液混合调至所需pH值。肽和氨基酸标准溶液：将分析纯的肽与氨基酸配制成浓度为1 mmol/L的水溶液。甲醇（A.R.）（上海振兴化工厂），水为二次蒸馏水。其余试剂均为分析纯。1.2 实验方法1.2.1 衍生方法分别准确移取一定量的GSSG、Gly-Gly、Gly-Gly-Gly、Gly、Glu、(Cys)2溶液置于25 mL容量瓶中，加入pH8.50的0.1 mol/L H3BO3-Na2B4O7缓冲溶液2.0 mL和5.0 mmol/L SIFA乙腈溶液1.0 mL，再加入一定量的H2O和CH3OH稀释至刻度，使反应混合溶液中的H2O/CH3OH为3/7，于30 加热25 min，冷却后直接取该反应液进行色谱分析。1.2.2 最佳色谱条件流动相:(甲醇水)=4258，内含10 mmol/L pH5.0的H3cit-Na2HPO4缓冲溶液。色谱柱：C18，（5 m，250 mm4 mm i.d.）。流速：1.0 mL/min。柱温：25 。荧光检测波长ex/em492 nm/513 nm。进样体积：20 L。色谱柱预先用流动相平衡30 min，肽与氨基酸衍生物浓度以色谱峰面积定量。2 结果与讨论2.1 肽与氨基酸衍生物荧光性质的研究2.1.1 SIFA衍生物荧光光谱的比较GSSG、Gly-Gly、Gly-Gly-Gly、Gly、Glu、(Cys)2本身都没有荧光，将它们与SIFA衍生后，衍生物都带有相同的荧光素荧光团，应具有相似的荧光光谱。为了得到其最佳检测波长，将过量的肽和氨基酸溶液与SIFA乙腈溶液按“1.2.1”的衍生方法进行衍生，所得溶液经色谱分离只有相应的衍生物峰。用荧光分光光度计扫描测试这些溶液，得到肽与氨基酸的SIFA衍生物的荧光光谱（图1），发现它们均在ex/em492 nm/513 nm处荧光最强，在HPLC上改变荧光波长重复进样，各衍生物均在ex/em492 nm/513 nm处色谱峰面积最大。因此选择在ex/em492 nm/513 nm处进行检测。 图1 SIFA及SIFA衍生物的荧光光谱（略）2.1.2 缓冲液酸度对SIFA衍生物荧光的影响以SIFA-Gly代表肽和氨基酸的衍生物,测试了SIFA衍生物和SIFA的水解产物在pH值从3到7的0.1 mol/L H3cit-Na2HPO4溶液中的荧光强度，结果见图2，SIFA衍生物荧光强度随酸度的变化与荧光素随酸度的变化相似。它们的荧光强度都随pH值的升高而增大。2.1.3 甲醇含量对SIFA衍生物荧光性质的影响溶剂的性质对物质的荧光往往有较大的影响。我们采用的流动相体系是CH3OH和H2O，因此甲醇含量对SIFA衍生物的荧光性质变化起着关键作用。以SIFA水解物和SIFA-Gly为例测试了在不同比例的甲醇/水介质中各衍生物的荧光性质。结果如图3所示。我们发现SIFA衍生物的荧光激发波长和发射波长完全不受甲醇含量的影响，但它们的荧光强度随甲醇含量不同而改变。在甲醇体积分数60%以下，甲醇对它们的荧光强度影响较小；甲醇体积分数超过60%，则随甲醇体积分数的增加而降低，但幅度不大，故在甲醇/水溶液中对它们进行荧光检测灵敏度影响变化将不会太大。图2图3 （略）2.2 色谱分离条件的研究2.2.1 甲醇含量的影响我们采用CH3OH/H2O体系作为流动相的基本组成，并在一定色谱条件下，研究了甲醇含量对肽和氨基酸衍生物分离的影响（如图4）。当甲醇体积分数低于40%时，分析时间太长且峰型变差，当甲醇体积分数高于44%时，Gly-Gly-Gly，Gly-Gly和Gly的衍生物峰趋于相互重叠而难以实现分离。当甲醇体积分数在40%44%之间时，各组分均能得到较好分离，且分析时间适宜。因此本实验选择甲醇的最佳体积分数为42%。2.2.2 缓冲溶液pH值的影响pH值对各衍生物的分离影响较大，这主要是由于衍生物氨基酸上的游离羧基的酸性不同，离解程度不同，本实验研究了pH值在4.605.40范围内变化对各衍生物分离的影响，结果见图5。图中显示，SIFA的水解物和SIFA-Glu的K值随pH值增加而减小,SIFA-GSSG的K值随pH值的改变而发生不规则的变化，而其余的肽和氨基酸衍生物的K值受缓冲液酸性的影响较小。当pH大于5.02时，SIFA的水解物和SIFA-(Cys)2的色谱峰相互重叠；当pH值小于4.70时，SIFA水解物和SIFA-GSSG的色谱峰相互重叠，都不能获得分离；当pH值为5.00时，各被测组分均能够获得最好的分离。因此，本实验选择流动相的最佳pH值为5.00。图4图5 （略）2.2.3 缓冲溶液浓度对分离的影响缓冲溶液浓度对肽及其组成氨基酸的衍生物的K值有一定影响。随着缓冲溶液浓度的增加，各衍生物的K值稍有增加。当缓冲溶液浓度较低时，缓冲容量偏小，各衍生物色谱峰的重现性不好，难于定量；当缓冲溶液浓度较高时，各衍生物色谱峰保留时间延长，峰形变差。缓冲溶液浓度在911 mmol/L之间时，各被测组分分离最好。本实验选择10 mmol/L作为最佳缓冲溶液浓度。2.2.4 流速对分离的影响流动相的流速是影响色谱柱效、控制色谱分离度和分析速度的重要参数，本实验研究了流速在0.61.2 mL/min对K的影响，发现流动相流速为1.0 mL/min时各组分分离最好。因此，本实验选择1.0 mL/min为流动相的最佳流速。综上所述，本实验选定的最佳色谱分离条件是：流动相为CH3OH(含pH5.00 10 mmol/L的H3cit-Na2HPO4缓冲溶液)H2O=4258。色谱柱：C18（5 m，250 mm4 mm id）,流速：1.0 mL/min，柱温：25 ，荧光检测波长：ex/em=492 nm/513 nm，进样体积：20 L。2.3 肽及其水解产物的衍生物分离色谱图按“1.2.1”的衍生步骤进行衍生，在最佳色谱分离条件下对肽及其水解产物的衍生物进行分离检测，得到色谱图（图6）。图6 肽及其水解产物衍生物质的色谱图（略）由图可见，SIFA与Glu、(Cys)2、Gly、Gly-Gly、Gly-Gly-Gly、GSSG这六种衍生物在20 min内均达到了基线分离，且峰形良好。2.4 肽及其水解产物的衍生物保留时间的重现性在上述所选择的最佳衍生条件和色谱分离条件下，我们对各SIFA衍生物色谱保留时间的重现性进行了实验，结果表明各衍生物保留时间具有良好的重现性。2.5 线性回归分析及检出限准确移取不同量的肽及其水解产物的标准溶液，按“1.2.1”的方法进行衍生，衍生液直接进样在最佳色谱条件下进行分离测定，以峰面积定量，得到肽及其水解产物的浓度与峰面积的回归方程分析的线性范围和检出限,见表1。表1 肽和氨基酸与SIFA衍生物的线性范围、回归方程和检出限肽和氨基酸的衍生物线性范围/pmol回归方程检出限*/fmolSIFA-Glu0.0510Y=72437X+19990.99936.4SIFA-Gly-Gly-Gly0.0110Y=86059X+37350.99981.42SIFA-Gly-Gly0.0710Y=55802X-6900.99937.2SIFA-Gly0.210Y=30561X-48330.999212SIFA-(Cys)20.0110Y=118332X-187060.99990.64SIFA-GSSG0.210Y=43589X+14250.99888.0 *S/N=3，以进样量计2.6 最佳柱前衍生条件的研究2.6.1 SIFA浓度的影响按“1.2.1”的步骤进行衍生，改变SIFA的用量，研究了SIFA浓度对肽和氨基酸衍生反应产物的影响，根据衍生物峰面积值确定最佳衍生试剂浓度，当各被测组分浓度为0.4 mol/L,SIFA浓度为0.150.25 mmol/L之间时，各衍生物的峰面积最大且保持稳定。因此，本实验选择SIFA的最佳衍生反应浓度为0.20 mmol/L。2.6.2 缓冲溶液pH对衍生反应的影响OH-对SIFA与肽和氨基酸的衍生反应有催化作用，但同时也加快了水解速度。因此必须选择适当的pH值，本实验采用H3cit-Na2HPO4缓冲体系，研究了该体系不同pH值对衍生反应的影响。当增加衍生pH值，衍生物峰面积均增大，但增至pH8.50时，SIFA-Gly-Gly-Gly和SIFA-(Cys)2的峰面积有明显下降，故选择pH8.50为衍生反应的最佳pH值。2.6.3 缓冲溶液浓度对衍生反应的影响在其他条件同“2.6.2”下，研究了改变缓冲溶液用量对衍生反应的影响，当pH8.50的H3cit-Na2HPO4缓冲溶液浓度在824 mmol/L时，各衍生物的峰面积最大且稳定。大于32 mmol/L时，各衍生物的峰面积反而有下降趋势，其中以SIFA-Gly-Gly-Gly的变化最明显。故本实验选择16 mmol/L为最佳缓冲溶液浓度。2.6.4 温度对衍生反应的影响升温可以加快衍生反应速度，但同时也加快了SIFA的水解速度，且可能促进衍生物的分解。当衍生反应温度在2050 范围内时，各衍生物峰面积都达到最大且稳定，故本实验选择30 为最佳衍生反应温度。2.6.5 衍生时间对衍生反应的影响在选定的衍生温度30 下研究了衍生时间对各衍生物峰面积的影响。在1040 min内，各衍生物峰面积均达到最大且稳定，故本实验选择最佳衍生反应时间为25 min。综上所述，在温和条件下,SIFA与肽及氨基酸衍生反应完全，与谷胱甘肽及胱氨酸不形成多级衍生物，衍生条件也易于控制。且多余的试剂不必除去，不干扰色谱分离与检测。参考文献1Giddings JC，Grushka E，Brown P. Advances in ChromatgraphyM. New York：Marcel Dekker, 1989.34.2Busto O，Guasch J,Borrull EJDetermination of catecholamines by automated pre-column derivatization and reversedphase column liquid chromatography with fluorescence detectionJ. J Chromatogr,1996，737：205.3You JM，Xio GH,Wang HE，et al. HPLC of minao acids and oligopetides by pre-column fluorescence deivatization with N-hydroxysuccinimidyl-(9-phenathren