蛋白质质谱分析

蛋白质质谱技术被广泛应用于生物样本的分析，用于生物标志物的发现、蛋白质组学研究以及临床应用。与其他用于大规模蛋白质表征的技术相比，质谱技术因其能够处理复杂分析而已成为蛋白质组学领域的主要工具。

质谱技术可基于蛋白质的结构、翻译后修饰及其相互作用，对蛋白质进行定量鉴定和表征。

蛋白质鉴定通常涉及通过化学或酶法将蛋白质消化为肽段，随后通过质谱分析，并利用计算方法或测序技术进行鉴定。
可通过氨基酸残基质量的变化来鉴定翻译后修饰。修饰位点可通过测序或计算方法进行定位。
对于糖链分析和谱型分析，通常采用酶法或化学方法将糖链基团从糖蛋白中释放出来，随后对释放出的糖链进行衍生化处理，以便进行质谱分析。
蛋白质相互作用可通过特定目标蛋白与任何相互作用蛋白的亲和共纯化来确定，也可在质谱分析前，利用尺寸排阻色谱或离子交换色谱进行更全面的研究。

在定量蛋白质组学中，可以通过串联质谱标记（TMT）和iTRAQ技术，利用稳定同位素对蛋白质或肽进行化学标记；或者通过摄入标记氨基酸（SILAC）进行代谢标记。通过比较重同位素和轻同位素的掺入量，可将质谱峰强度与蛋白质丰度相关联，从而实现相对定量。对于绝对定量，可在样品中添加同位素标记的合成肽或蛋白质标准品，以进行选择性反应监测（SRM）分析

在蛋白质质谱分析中，通过测量不同蛋白质和肽的气相离子的 m/z（质量电荷比）来确定其质量。质谱仪首先利用离子源将蛋白质分子转化为气相离子。接下来，质谱分析器根据 m/z 比对电离后的分析物进行分离。随后，检测器记录每个 m/z 值对应的离子数量。基质辅助激光解吸电离（MALDI）和电喷雾电离（ESI）是常用的肽或蛋白质电离方法。

MALDI-TOF质谱法

MALDI 是一种利用激光能量吸收基质来产生离子的电离方法，该方法能最大限度地减少蛋白质分子的碎裂。首先将样品与合适的基质材料混合。接下来，脉冲激光照射样品，触发样品和基质材料的烧蚀与脱附。随后，在烧蚀产生的气体中，待测物分子通过质子化或去质子化发生电离，最后由质谱仪进行分析。

电喷雾电离质谱法

电喷雾电离（ESI）利用电喷雾产生离子，即向液态样品施加高压以形成气溶胶，从而在最大限度减少肽和蛋白质碎裂的情况下产生离子。当将质谱与液相色谱（LC-MS）联用时，通常采用电喷雾电离，因为液相色谱的洗脱液可直接输送至电喷雾装置进行串联分析。

工作流程

蛋白质样品制备

质谱分析所需的蛋白质样品制备需要进行细胞裂解或蛋白质的溶解与稳定化处理。在蛋白质组学分析中，通常使用能破坏细胞膜的缓冲液对细胞进行裂解，并加入蛋白酶抑制剂以防止蛋白质降解。必要时会去除高丰度蛋白质。对特定组分的回收和富集有助于蛋白质组学分析。

用于质谱分析的血清肽纯化

消化与标记

定位蛋白酶（如胰蛋白酶）可用于将蛋白质裂解成小片段，从而通过将实验光谱与蛋白质数据库中的理论光谱进行比对，或与运行标准品进行比较，实现蛋白质的鉴定。对于相对定量，可通过氨基酸喂养将稳定同位素引入细胞培养物中进行代谢标记，或者采用化学方法对样品进行稳定同位素标记。向样品中添加同位素标记的合成肽，可通过选择性反应监测（SRM）分析实现绝对定量。