（分子生物学）基于质谱技术的蛋白质组学和代谢组学（马孟纳-吴丽萍整理）.pdfVIP

基于质谱技术的蛋白质组学和代谢组学 水雯箐 要点：  1.质谱技术基本原理  2.蛋白质组学中质谱技术的应用  3.代谢组学中质谱技术的应用 1.质谱技术基本原理 (1)质谱的概念：质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比( m/z )的测定来进行 分析的一种分析方法。 (2)质谱仪的构成：离子源、质量分析器、检测器和真空系统。 a. 离子源： 基质辅助激光解析电离（MALDI） 电喷雾电离（ESI） ESI: MALD: 不同离子源的灵敏度及测量范围: b. 质量分析器 A Glance of Major Mass Analyzers in Bio-MS (3)串联质谱技术： Mass accuracy: (Mm-Mt)/Mt*1E6 2.蛋白质组学中质谱技术的应用: （1）根据质谱图计算相对分子量(串联质谱对蛋白质测序)： 对于每一个峰：Q(m)=m/z ×Z b:多肽链的C端 y:多肽链的N端 （2 ） 质谱技术根据离子源分为种类及基本原理（注：分类在老师的课件中，其基本原 理在下面的补充中） 质谱技术在蛋白组学中的应用： 分析蛋白质组 定量蛋白质组（重点掌握DIA/SWATH：相比传统的定量技术，连续窗口采集， 无遗漏，速度快，二级碎片定量干扰小，定量更准确，数据可回溯性强。MRM 定量系统可以定向定量，同时也要求其技术高灵敏度，精确度，重塑性） PTM 蛋白质组（识别PTM 修饰过的蛋白，确定蛋白PTM 修饰位点，通过特 意位点的定量确定PTM 的功能，确定多个PTM 之间的相互依赖关系和i 相互 作用，计算模拟复杂的分子系统） 蛋白基因组学（检测SAP） 蛋白相互作用（文献例子，BAC－GFP 相互作用流程） 蛋白结构（交连质谱） （人类蛋白组草图就是通过质谱技术完善的，老师的课件中有文献） 基质辅助激光脱附电离 （英语：Matrix-assisted laser desorption/ionization ， MALDI）是一种用于质谱法的温和离子化技术，可以得到用常规离子化方法容 易解离为碎片的一些完整大分子质谱信息，比如生物分子类的DNA，生物高分 子、蛋白质、多肽和糖，以及其他大分子量的有机分子，如高分子、树状分子和 其他高分子。在这方面类似于同样是软离子化方法的电喷雾离子法 （ESI），不 过MALDI 更容易得单电荷的离子峰。 MALDI 方法过程分为三个步骤。首先，将样品溶液与合适的基质水溶液混合， 并取微量混合液体滴置于金属样品板等待干燥。第二步，将脉冲激光照射到样本， 引发样品和基质材料的电离和脱附。最后，分析物分子与电离后的基质在脱附过 程中进行电荷转移反应，将分析物分子电离。在大多数的生物分子分析上，例如 蛋白质及多肽，分析物通常都是以质子化或去质子化形式产生。在MALDI 反应 之后，所有产生的离子即被金属样品板上的电压加速进入质谱仪来分析[1] 质谱方法(Mass Spectroscope,MS)是通过正确测定蛋白质分子的质量而进行蛋 白质分子鉴定、蛋白质分子的修饰和蛋白质分子相互作用的研究。质谱仪通过测 定离子化生物分子的质荷比便可得到相关分子的质量。但长期以来，质谱方法仅 限于小分子和中等分子的研究，因为要将质谱应用于生物大分子需要将之制备成 气相带电分子，然后在真空中物理分解成离子。但如何使蛋白分子经受住离子化 过程转成气相带电的离子而又不丧失其结构形状是个难题。20 世纪70 年代，解 吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成气相离子。尔后快原子轰击与其紧密相关 的溶液基质二次离子质谱法使得具有极性的、热不稳定的蛋白分子可经受住电离 过程。但这些方法仅限于10kD 以下蛋白分子的研究。80 年代电喷雾电离(ESI) 和软激光解吸(SLD)电离技术的发展则使得质谱方法应用于高分子量蛋白分子的 研究。 电喷雾电离(ESI)原理可按电荷残留模型予以描述，带电液滴蒸发，液滴变小， 液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度，液滴表面的库仑斥力 使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发，就可 获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子。针对电喷雾电离所产生的多电荷 状态，Fenn 将多电荷状态理解为对分子质量进行多次独立的测