生物体内的微量元素（主要为金属和类金属元素）作为活性中心或结构中心参与形成了各种各样的蛋白质和酶等生物大分子，这些微量元素通过生物大分子来实现其生理生化功能。典型的金属蛋白/金属酶含有的常见金属元素包括铁、铜、锌、镁、钼、镍等，这些元素通常被认为是有益的微量元素。除了有益的金属元素外，有毒金属元素或类金属元素也可以与蛋白质/酶结合，例如汞、铅、镉、锡、铬、砷等，这些元素并非生物体生命活动所必需，会对不同生物和人类的健康产生一定的危害。因此研究金属蛋白和金属酶在不同生物体内的存在形式和功能构效对于我们理解各种重要的生物学现象具有重要意义。此外，金属元素的生物可利用性和毒性也取决于其化学形态和作用方式，所以在生物学、医药学、环境科学等领域都迫切需要对生物体内的微量元素进行化学形态、存在位点、作用方式的分析。因此，研究生物体内的金属蛋白/金属酶的种态以及含量是金属蛋白质组学分析的首要内容。

      金属蛋白质组学研究通常需要将高分辨率的分离技术与高灵敏度的分子或原子质谱技术联用。液相色谱和凝胶电泳通常被应用于蛋白质组学中蛋白样品的分离，其中高效液相色谱与原子或分子质谱联用技术也已逐渐扩展到金属蛋白的分离和检测。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）主要用于多元素同时测定，而且灵敏度更高，检出限在ng L-1量级，成本也较低。ICP-MS可以和多种分离技术联用，其中ICP-MS同高效液相色谱（离子亲和色谱、体积排阻色谱、离子交换色谱等）技术联用已经成为金属-生物大分子形态分析的一个重要工具。目前色谱分离与ICP-MS检测联用技术已被应用于分析金属和生物大分子蛋白复合物、硒蛋白、金属硫蛋白以及金属/半金属结合的多糖等。十二烷基硫酸钠—聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）通常被用于生物大分子（DNA，RNA，蛋白质）的分离，由于SDS-PAGE分离系统与检测系统的联用结构并不完善，因此凝胶电泳的在线联用系统应用较少，但柱状凝胶电泳（GE）的发展为电泳技术与检测系统的联用提供了更多的可能。相比较于凝胶电泳，多维液相色谱具有更宽的分离范围，同时具备馏分收集装置，更适合与其他分离系统联用，其中离子交换色谱由于分离条件温和、可以保持原有蛋白质的活性常被用于生物样品中蛋白质的分离。近年来，液相色谱和凝胶电泳技术都被广泛应用于生物样品中金属蛋白的分离。

      实验中改进了GE-ICP-MS系统，并将该系统应用于金属结合蛋白和小分子化合物的分离检测，建立了一种GE-ICP-MS在线联用分离检测汞结合蛋白、银结合蛋白、碘代蛋白以及含碘小分子化合物的方法。在此基础之上，搭建了2D（WAX-GE）-ICP-MS联用系统并对系统参数进行了优化，成功将其应用于大肠杆菌中金属结合蛋白的分离和检测，验证了该方法的可靠性。两维分离系统相比于一维分离系统（GE-ICP-MS）具有更好的分辨率和灵敏度，该系统的建立为探究生物体内的金属结合蛋白提供了可靠的方法。

      针对具有抗菌活性的纳米银，分析了其暴露后绿脓杆菌中的银结合蛋白和银调控蛋白，从分子水平阐述了其抗菌作用机制，纳米银可以调控细菌细胞膜蛋白的表达，同时诱导细菌内ROS的产生。通过对纳米银抗菌机理和作用靶点的研究，为金属药物的研发提供了更多的理论依据。利用蛋白质组学技术探究了具有内分泌干扰效应的环境金属污染物（丁机锡化合物）的分子作用机制，通过对丁基锡暴露后人肾上腺皮质癌细胞中差异表达蛋白进行生物信息学分析，发现了三丁基锡主要通过激活核受体通路和影响细胞脂肪酸代谢对细胞产生干扰调控作用。

     本论文建立了2D（WAX-GE）-ICP-MS联用系统并成功应用于生物样品中金属结合蛋白的分离和检测，利用金属结合蛋白的分析技术以及蛋白质组学定量技术深入探究了金属化合物的生物作用机制。通过对金属结合位点及金属蛋白的生物信息学分析揭示出金属在生物体内的吸收、形态、储存等生物过程。本论文研究工作为金属蛋白、金属酶以及金属化合物生物作用机制的相关研究提供了新思路。