揭示生命奧密的重要儀器――色譜儀

 提到色譜儀對(duì)不從事化學(xué)有關(guān)問(wèn)題的人來(lái)說(shuō)可能還有些陌生，但是“色譜”一詞的出現(xiàn)已經(jīng)有近100年的歷史了，而且從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)意義上說(shuō)的商品色譜儀的使用也有近半個(gè)世紀(jì)了。色譜方法和色譜儀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、為人民的健康長(zhǎng)壽、特別是為揭示生命奧密作出了的貢獻(xiàn)。

 俄國(guó)植物學(xué)家茨維特茨維特于1903年在波蘭華沙大學(xué)研究植物葉子的組成時(shí)，他巧妙地用碳酸鈣作吸附劑，分離植物干燥葉子的石油醚萃取物，他把干燥的碳酸鈣粉末裝到一根細(xì)長(zhǎng)的玻璃管中，然后把植物葉子的石油醚萃取液倒到管中的碳酸鈣上，萃取液中的色素就吸附在管內(nèi)上部的碳酸鈣里，再用純凈的石油醚洗脫被吸附的色素，于是在管內(nèi)的碳酸鈣上形成綠、黃等三種顏色的六個(gè)色帶,分離了葉綠素、葉黃素和胡蘿卜素。當(dāng)時(shí)茨維特把這種色帶叫作“色譜”，茨維特把他開(kāi)創(chuàng)的方法叫色譜法，或者后來(lái)人們把這一方法叫做液-固色譜發(fā)。在這一方法中把玻璃管叫作“色譜柱”，碳酸鈣叫作“固定相”，純凈的石油醚叫作“流動(dòng)相”。這是利用色譜方法為探究生命現(xiàn)象的啟蒙和開(kāi)端。

 在茨維特提出色譜概念后的20多年里沒(méi)有人關(guān)注這一偉大的發(fā)明。直到1931年德國(guó)的庫(kù)恩等才重復(fù)了茨維特的某些實(shí)驗(yàn),用氧化鋁和碳酸鈣分離了α-,β-, 和γ-胡蘿卜素，此后用這種方法分離了60多種這類色素，1938年他從維生素 B 中分離出 B 6，由于他的出色研究而獲得了1938年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這是利用色譜方法為探究生命現(xiàn)象、了解生物物體構(gòu)成的初步嘗試。接下來(lái)在40年代到50年代初，英國(guó)的生物化學(xué)家馬丁等在研究生物體重要組成脂肪酸和脂肪胺時(shí)開(kāi)創(chuàng)了以氣體作流動(dòng)相以液體做固定相的氣-液色譜法，因而獲得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1958年美國(guó)生物化學(xué)家 Stein 和 Moore 研制出氨基酸分析儀，用它確定了核糖核酸酶的分子結(jié)構(gòu)，后來(lái)氨基酸分析儀成為研究蛋白質(zhì)和酶結(jié)構(gòu)的重要工具，Stein 和 Moore 因此而獲得了1972年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

從上面的幾件歷史事件看出色譜分離方法和色譜儀是為揭示生命奧密而出現(xiàn)的。而在20世紀(jì)末的人類基因組計(jì)劃的提前完成和21世紀(jì)初蛋白質(zhì)組學(xué)的大力開(kāi)展，色譜方法和色譜儀又作出了令人鼓舞的貢獻(xiàn)。

 2000年6月宣布人類基因組計(jì)劃已經(jīng)完成了其工作草圖，因此，科學(xué)家們認(rèn)為，生命科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了功能基因組(后基因級(jí))時(shí)代，在功能基因組時(shí)代，生物學(xué)家們的研究重心從揭示生命的所有遺傳信息轉(zhuǎn)移到在整體水平上對(duì)生物功能的研究。2001年2月12日，中、美、日、德、法、英等6國(guó)科學(xué)家和美國(guó)塞萊拉公司今天聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。這一計(jì)劃所以能夠提前完成，其主要原因之一就是使用了高通量的陣列毛細(xì)管電泳儀，這一儀器是也是一種屬于色譜儀范疇的儀器。

 從基因組DNA序列尚不能回答某基因的表達(dá)時(shí)間、表達(dá)量、蛋白質(zhì)翻譯后加工和修飾的情況、以及它們的亞細(xì)胞分布等等。這些在基因組中不能解決的問(wèn)題可望在蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteome）研究中找到答案。在所研究的細(xì)胞中會(huì)有3―5萬(wàn)種蛋白質(zhì)，目前蛋白質(zhì)組研究所使用的雙向電泳一般只能分辨到2000―3000個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)。在蛋白質(zhì)組的分析中有望用液相色譜作預(yù)分離，即使用雙向HPLC，*向是體積排阻色譜。所以雙向電泳和液相色譜將成為蛋白質(zhì)組學(xué)的重要分離工具。所以色譜儀將為深入地揭示生命奧秘作出更大的貢獻(xiàn)。

從色譜出現(xiàn)的百年歷史說(shuō)明，色譜儀是揭開(kāi)生命奧秘的有力工具。色譜儀大致包括氣相色譜儀、液相色譜儀、離子色譜儀、超臨界流體色譜儀、毛細(xì)管電泳儀等等。前兩種色譜儀是應(yīng)用和應(yīng)用十分成功的兩類儀器，可以分析氣體、液體、固體等復(fù)雜混合物。離子色譜儀也逐漸普及地用于各個(gè)領(lǐng)域。超臨界流體色譜儀應(yīng)用范圍較小還不普及。毛細(xì)管電泳儀是20世紀(jì)80年代后發(fā)展起來(lái)的一種分離儀器在生命科學(xué)領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。