蛋白质组学中的质谱技术

蛋白质组学中的质谱技术

 

    质谱已经成为蛋白质组分析领域中的主要分析工具，将其用于蛋白质和肽的分析已经有多年的历史。大约自20世纪90年代初开始蛋白质组分析以来，其需求发展迅速。为了应对蛋白质组需求的挑战，质谱仪器供应商生产、优化了多种不同的仪器。新的需求包括高灵敏度、高准确度、高通量、无人监管的多模式选择等。2002年底，在Chemisch2Weekblad[98(2002―18)：32―45]发表了一个更新的简要目录列表。在此刊出版的几个月内，这方面已经又出现了很大的进步：已有的仪器增添了新的性能，甚至又有新的仪器已经投放市场。   

    实验中，一个特殊的质谱仪器的选择与为进行一项特定研究设计的全面实验工作流程密切相关。鉴定一个生物学样品中所有可能的蛋白质不同于明确搜寻差异表达的蛋白质形式，也不同于寻找出现的一些蛋白质的翻译后修饰的形式。

    质谱技术    质谱仪是一种以测量提送的被分析物的质量为目标的仪器。在几乎所有的仪器结构中，质谱都从待分析的分子中产生带电的粒子(离子)。各种不同的方法都用来执行对带电微粒施加作用力，并测量被分析物的分子质量。据网页http：／／masspec．scripps．edu／information／index．html所载，J．J．Thomson于1897年建造了第一台质谱仪。从那时起至今，阐释质谱仪的技术得到了改进。J．H．Beynon于1956年首先尝试用质谱仪鉴定有机物。值原著出版时已有大约6家公司商业化生产了十多种不同的用于蛋白质组分析的仪器。尽管这些仪器在功能方面表现可能有很大不同，但是也能为所有这些仪器找出一些简化的共同的性质。所有的质谱仪都能完成4种明显的功能：①电离；②离子分析；③离子检测；④信号处理。

    电离    现在已经有各种不同的电离方法，包括电子碰撞(electronimpact，E1)、化学电离(chemical ionization，C1)、快原子轰击(fast atom bombardment，FAB)、场解吸(field desorption，FD)、电喷雾离子化(electro-spray ionizatlon，ESl)及类似技术和激光解吸(1aserdesorption，LD)及类似技术。    在蛋白质组学中，主要采用的是ESI和基质辅助激光解吸电离(matrix-assitedlaserdesorptionionization，MALDl)。

    离子分析    一旦形成离子，这些离子就会分离，并且在质谱的分析器部分进行分析。现已开发了多种不同的分析器。在蛋白质组学中，分析主要使用飞行时间(timeofflight，TOF)、四极(quadrupole，Q)、离子阱(ion-trap)、傅里叶转换离子回旋共振(Fouriertransformioncyclotronresonance，FTICR)以及这些指标测量方法的组合。测量的主要的量是质量电荷比(m／z)而不是单纯的质量，其中m是以Da(Dalton)表示的质量，z是离子相对于基本电荷的精确整数倍数。在蛋白质组仪器中，采用ESI和MALDI时，质子化是常用的电离过程。质子化的离子标记为(M十H)⁺ 、(M+2H)²⁺ 等。

    串联质谱    分析器可以测量提交分析物的m／c值。除了这种“显而易见的”和“基本的”功能性，还有一种特别的操作模式，或者联合使用这些分析器，这样能够获得被分析物更多的结构相关信息。这个特性意味着可以在质谱仪中可以有效地选择被分析物的碎片。这种测量模式称为串联质谱(tandemMS)或MS／MS。

    串联质谱原理的高级描述一般都是相同的，与仪器的构造结构无关。串联质谱过程可以分为三个步骤。

    (1)母离子选择  分析者可以从一个完整的质谱结果谱上只选择一个小的m／z值范围来进行更深一步的研究。这个选择的离子命名为母离子或前体离子(2)碎裂  在分析器内将考虑的母离子碎解为更小的片段。

    (3)碎片的测量  仪器将只测量碎片的谱[碎片可以命名为女儿离子(daughterions)或产物离子(productions)]。

    这项技术需要两个或多个成为系列的分析器，或者依赖于某些谱仪的固有特征，如离子阱(Hoffmann，1996；Busch，Glish和McLuckey，1988)。当有几个分析器涉入的时候，就可以根据前体离子的，n／z值，在第一个分析器中分离前体离子和选择碎解。在碰撞室中产生碎片，并在另外一个分析器中分析。正像下面将提到的，串联质谱在蛋白质组中已经相当普遍了。现在已经专门开发了很多应用程序和仪器技术，组合质谱和串联质谱通过为母离子提供更多的结构信息而提高了蛋白质鉴定的水平。

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