什么是蛋白質(zhì)質(zhì)譜？

蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析是指在蛋白質(zhì)研究和表征中使用質(zhì)譜分析，包括蛋白質(zhì)的定量、分析、相互作用圖譜以及翻譯后修飾的鑒定。蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析也可稱為基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)。基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)由三種方法組成：自上而下、中下和自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)。

自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)是指對含有未消化或完整蛋白質(zhì)的樣品進行質(zhì)譜分析。它通常使用高分辨率基質(zhì)輔助激光解吸電離 (MALDI) 質(zhì)譜儀執(zhí)行，但也可以使用依賴于電噴霧電離 (ESI) 的軌道阱。相比之下，自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)是指對蛋白質(zhì)消化產(chǎn)生的蛋白質(zhì)片段進行基于質(zhì)譜的研究。

自下而上蛋白質(zhì)組學(xué)的一個分支是鳥槍蛋白質(zhì)組學(xué)，這是一種廣泛使用的蛋白質(zhì)組學(xué)方法，試圖通過質(zhì)譜和高效液相色譜來識別復(fù)雜混合物中的蛋白質(zhì)。最后，中下蛋白質(zhì)組學(xué)在 2012 年左右開始受到關(guān)注，作為自上而下和自下而上方法之間的一種折衷方式。在中下方法中，通過質(zhì)譜儀分析較大的肽片段。

圖1: 基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)的三種方法的圖示；自上而下的方法通常需要 MALDI 儀器，但也可以使用 ESI 儀器。

工作中的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析

基本質(zhì)譜儀包含一個入口，將消化的或完整的蛋白質(zhì)引入質(zhì)譜儀，在那里它們在離子源處被電離。對于 MALDI 光譜儀，使用軟電離技術(shù)，其中帶有蛋白質(zhì)的板或基質(zhì)被激光擊中，這樣它們就可以進入氣相而不會碎裂。大分子可能無法承受熱量，并且可能不適用于基于 MALDI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析。在基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜儀中，離子源是電噴霧。

通過質(zhì)譜儀，帶電分子的流動被離子檢測器捕獲，離子檢測器向儀器控制提供反饋，能夠調(diào)節(jié)動能（MALDI 儀器）、頻率和/或電壓（ESI 儀器），并測量 m/z分子的比例。

基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析

在基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析中，電噴霧促進離子流向質(zhì)量分析儀。質(zhì)量分析器可能包含圍繞離子流的棒（四極質(zhì)量過濾器）或環(huán)形電極（離子阱）。極化棒或電極將吸引一定質(zhì)荷 (m/z) 比的肽陽離子，從而基本上“捕獲”它們；不斷流過的離子將被稱為離子檢測器的傳感器檢測到，離子將根據(jù)其質(zhì)量、電荷和記錄時間進行測量。質(zhì)量分析器的一個例子是四極桿。

圖2:基于 ESI 的質(zhì)譜儀的信息圖

雖然基于 ESI 的 MS 儀器最初包含一臺質(zhì)量分析儀和一臺離子檢測器，但如今，離子池通常位于離子源和離子傳感器的兩側(cè)，并夾在電極之間。后者可以調(diào)節(jié)頻率和電壓來“選擇”所需 m/z 比的窗口，然后重定向離子流以實現(xiàn)額外的碎片。可以充當(dāng)質(zhì)量分析器和離子檢測器中的任一個或兩者的離子池的一個示例是離子阱。離子源、質(zhì)量分析儀和離子檢測器均保持在真空下。

當(dāng)肽在質(zhì)量分析器和離子檢測器之間移動時，碰撞可以通過高能碰撞解離 (HCD) 或電子轉(zhuǎn)移高能碰撞解離 (EThcD) 進一步破碎這些肽。所有內(nèi)部系統(tǒng)都輸入到儀器控制中。本質(zhì)上，在這些點中的任何一點，都可以檢測到數(shù)據(jù)，用戶可以選擇特定范圍的離子并記錄這些碎片的光譜以進行數(shù)據(jù)分析。

包含具有質(zhì)量分析器和離子檢測器功能的不同順序單元的質(zhì)譜儀被稱為串聯(lián)質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀過去只能容納質(zhì)量分析器和離子檢測器。然而，質(zhì)譜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如此復(fù)雜的水平，以至于當(dāng)前的串聯(lián)質(zhì)譜儀比原始儀器包含更多的組件。盡管它們曾經(jīng)很大，但隨著臺式質(zhì)譜儀的出現(xiàn)，這些儀器現(xiàn)在可以方便地安裝在實驗室的一個角落。