認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定技術(shù)

在蛋白質(zhì)組學(xué)研究流程中，蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)是最關(guān)鍵的部分。在蛋白質(zhì)組分離技術(shù)方面還有凝膠電泳技術(shù)和色譜技術(shù)的選擇，而蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)方面卻只是生物質(zhì)譜技術(shù)（BioMass Spectrometry）一枝獨(dú)苗。質(zhì)譜技術(shù)在二十世紀(jì)初就已出現(xiàn)，但一直僅應(yīng)用于有機(jī)小分子領(lǐng)域，直到八十年代才漸漸應(yīng)用到生物大分子領(lǐng)域。經(jīng)過二十多年來的應(yīng)用和發(fā)展，質(zhì)譜技術(shù)已是蛋白質(zhì)組研究中不可少的工具，并成為蛋白質(zhì)組研究中的主要支撐技術(shù)。

質(zhì)譜技術(shù)的基本原理是使樣品分子離子化后，根據(jù)不同離子間的質(zhì)荷比（m/z）的差異來分離并確定相對(duì)分子質(zhì)量。一臺(tái)質(zhì)譜儀一般有進(jìn)樣裝置、離子化源、質(zhì)量分析器、離子檢測(cè)器和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成。在這幾部分中，離子化源和質(zhì)量分析器是兩個(gè)核心部件，也是發(fā)展得最快的兩個(gè)方面。根據(jù)離子化源的不同，質(zhì)譜主要可以分為電噴霧電離質(zhì)譜（Electrospray  Ionization Mass Spectrometry，ESI-MS）和基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜（Matrix Assisted Laser  Desorption Ionization Mass Spectrometry，MALDI-MS）兩大類。

電噴霧電離質(zhì)譜

所謂電噴霧電離質(zhì)譜就是以電噴霧離子化（ElectroSpray Ionization，ESI）為電離方式的質(zhì)譜。電噴霧離子化是一種“軟電離"方式，它是在“離子蒸發(fā)"原理上發(fā)展起來的一種離子化方法。離子蒸發(fā)是指離子從液相發(fā)射到氣相的過程。待測(cè)分子溶解在溶劑中，以液相方式通過毛細(xì)管到達(dá)噴口。在噴口高電壓作用下形成帶電荷的微滴，隨著微滴中的揮發(fā)性溶劑蒸發(fā)， 微滴表面的電場(chǎng)隨半徑減少而增加，到達(dá)某一臨界點(diǎn)時(shí)，樣品將以離子方式從液滴表面蒸發(fā)，進(jìn)入氣相。這一過程即實(shí)現(xiàn)了樣品的離子化，沒有直接的外界能量作用于分子，因此對(duì)分子結(jié)構(gòu)破壞較少，是一種典型的“軟電離"方式。

電噴霧質(zhì)譜的另一大特點(diǎn)是可形成多電荷離子，因此在較小的 m/z 范圍內(nèi)可以檢測(cè)到大分子質(zhì)量的分子。采用電噴霧質(zhì)譜目前可測(cè)定分子質(zhì)量 100 kDa 以下的蛋白質(zhì)，最高可達(dá) 150 kDa。由于離子蒸發(fā)使電噴霧質(zhì)譜采用液相方式進(jìn)樣，因此可與蛋白質(zhì)化學(xué)中常用的液相色譜聯(lián)用，即液相色譜-電噴霧質(zhì)譜(LC-ESI MS)，蛋白質(zhì)或多肽經(jīng)過高效液相色譜分離后，直接進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行分子質(zhì)量測(cè)定。

在常規(guī)電噴霧質(zhì)譜中，噴霧的過程易形成較大液滴，液滴中的樣品分子在離子源就不能*離子化，從而降低了樣品的利用率和靈敏度。近年發(fā)展的納升電噴霧技術(shù) (nanosprayESI，nano-ESI)有效的解決了這一問題，使樣品被充分利用，并有效離子化。

基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜

基質(zhì)輔助激光解析電離質(zhì)譜（MALDI-MS）是利用固體基質(zhì)分子均勻的包埋樣品分子，在激光的照射下，基質(zhì)分子吸收激光能量而蒸發(fā)，攜帶樣品分子進(jìn)入氣相，進(jìn)一步將能量傳遞給樣品分子，從而實(shí)現(xiàn)樣品分子離子化。由于樣品的電離過程是由基質(zhì)介導(dǎo)的，因此基質(zhì)的選擇對(duì)分子離子化有很大的影響, 繼而影響到分析的靈敏度、分辨率和精確度。合適的基質(zhì)應(yīng)該是保證待測(cè)物的離子化，而且基質(zhì)本身的離子造成的背景較弱。蛋白質(zhì)和多肽樣品較為通用的基質(zhì)有芥子酸(Sinapinic Acid，SA)、a-氰基-4-羥基肉桂酸(a-cyano-4-hydroxycinnamic acid，CHCA) 和 2，5-二羥基苯甲酸( 2, 5-dihydroxybenzoic acid，DHB)。MALDI 最大的特點(diǎn)是 離子電荷通常為 1-2 個(gè)，而不象 ESI 中為多電荷離子，對(duì)分子質(zhì)量較大的樣品而言，不會(huì)形 成復(fù)雜的多電荷圖譜，因而對(duì)圖譜的解析比較清楚。

串聯(lián)質(zhì)譜

串聯(lián)質(zhì)譜在解析蛋白質(zhì)或者肽段序列信息以及蛋白質(zhì)磷酸化位點(diǎn)等方面具有無法替代的作用，這里專門予以介紹。 

串聯(lián)質(zhì)譜（tandem MS，MS/MS）是指多個(gè)質(zhì)量分析器相連，分離母離子，進(jìn)行碰撞解離，并檢測(cè)子離子。MS/MS 較早在四極桿質(zhì)譜中實(shí)現(xiàn)：將三個(gè)四極桿串聯(lián)，第一個(gè)四極桿進(jìn)行母離子分析，選擇感興趣的離子進(jìn)入第二個(gè)四極桿，與惰性氣體碰撞成碎片后，進(jìn)入第三個(gè)四極桿進(jìn)行子離子分析。

與串聯(lián)質(zhì)譜平行的一個(gè)概念是碰撞誘導(dǎo)解離（Collision Induced Dissociation，CID）。在串聯(lián)質(zhì)譜誕生以前，為獲得分子結(jié)構(gòu)信息，需要在離子源內(nèi)（in-source）對(duì)離子進(jìn)行碰撞，使其碎裂。源內(nèi) CID 靈敏度高，但沒有選擇性，因此碎片的專一性不強(qiáng)。串聯(lián)質(zhì)譜出現(xiàn)后，逐漸取代了源內(nèi) CID。嚴(yán)格地說，CID 僅指離子解離成碎片的過程，串聯(lián)質(zhì)譜則包括了母離子 選擇、CID 和子離子分析三個(gè)過程。

質(zhì)譜技術(shù)新進(jìn)展

最新發(fā)展應(yīng)當(dāng)是 2005 年由熱電公司推出的靜電場(chǎng)軌道阱（Orbitrap）質(zhì)譜，是 20 年來離子阱質(zhì)譜技術(shù)的重大突破。Orbitrap 是一種離子阱，但是它不同于傳統(tǒng)的離子阱，它既沒有射頻電場(chǎng)也沒有磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)來捕獲離子。進(jìn)入 Orbitrap 的離子是由里面的靜電場(chǎng)來捕獲的。該質(zhì)譜儀的質(zhì)量分辨率可以和離子回旋共振質(zhì)譜相媲美，為小分子研究、藥物開發(fā)、 蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝物鑒定等提供了更出眾的性能，而且體積較小，價(jià)格相對(duì)便宜。