复旦大学生命科学学院：《蛋白质组学》Mass Spectrometry

Proteome cs 蛋白质組 复旦大学生命科学学院 吴超群 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 1 Proteomics 复旦大学生命科学学院 吴超群

Part vil Mass Spectrometry a at ng B D E 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 2 Part VIII. Mass Spectrometry

蛋白质组研究的核心是系统识别一个细 胞或组织中表达的每一个蛋白质,以及确定 每个蛋白质的突出特征。 其分析技术包括 分离蛋白质和肽的分离技术 识别和定量分析物的分析技术 数据管理及分析的生物信息学技术 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 3 蛋白质组研究的核心是系统识别一个细 胞或组织中表达的每一个蛋白质, 以及确定 每个蛋白质的突出特征。 其分析技术包括 ¾ 分离蛋白质和肽的分离技术 ¾ 识别和定量分析物的分析技术 ¾ 数据管理及分析的生物信息学技术

质谱已成为肽和蛋白分析的重要工具,主要 归功于一些软电离技术的应用,如电喷雾(ES|) 和基体辅助激光解吸电离(MALD|)。 生物大分子多为极性、难挥发化合物,不易 气化,用传统质谱无法测定。但随着新的离子化 技术的广泛应用,现已能高效地电离一些完整或 片断的大分子生物聚合物,从而进行质谱测定。 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 4 质谱已成为肽和蛋白分析的重要工具,主要 归功于一些软电离技术的应用,如电喷雾( ESI) 和基体辅助激光解吸电离(MALDI)。 生物大分子多为极性、难挥发化合物,不易 气化,用传统质谱无法测定。但随着新的离子化 技术的广泛应用,现已能高效地电离一些完整或 片断的大分子生物聚合物,从而进行质谱测定

Mass spectrometry (Ms) 质谱( Mass spectrometry)是带电原 子、分子和分子碎片按质荷比(或质量)的 大小顺序排列的图谱。 质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子 并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、 时间先后或者轨道稳定的程度实现质荷比分 离,并检测它们的强度的一类仪器。主要由 电学系统、分析系统和真空系统组成。 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 5 Mass spectrometry (MS) 质谱（ Mass spectrometry ）是带电原 子、分子和分子碎片按质荷比（或质量）的 大小顺序排列的图谱。 质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子 并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、 时间先后或者轨道稳定的程度实现质荷比分 离， 并检测它们的强度的一类仪器。主要由 电学系统、分析系统和真空系统组成

1. Basic Principles(基本原理) 质谱仪是利用电磁学原理,使带电的样品离子 接质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁 场中,其动能与加速电压及电荷z有关,即 zeu=1/2 m v2 (其中z为电荷数,e为元电荷(e=1.60×10-19c),U 为加速电压,m为离子的质量,ν为离子被加速后的 运动速度。) 具有速度v的带电粒子进入质谱分析器的电磁 场中,根据所选择的分离方式,最终实现各种离子 按m/进行分离。 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 6 1. Basic Principles (基本原理): 质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子 按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁 场中，其动能与加速电压及电荷 z 有关，即: z e U = 1/2 m ν2 (其中z为电荷数，e为元电荷（e=1.60×10-19C），U 为加速电压，m为离子的质量， ν为离子被加速后的 运动速度。) 具有速度 ν 的带电粒子进入质谱分析器的电磁 场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子 按 m/z 进行分离

Mass Spectrometry I Mass spectrometry is a tool to analyze the proteome 1 In general a mass spectrometer consists of Ion source Mass analyzer Detector a Mass Spectrometers are used to quantify the mass-to-charge(m/z) ratios of substances I From this quantification, a mass is determined proteins are identified, and further analysis is performed 10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 7 Mass Spectrometry Mass Spectrometry Mass Spectrometry is a tool to analyze the Mass Spectrometry is a tool to analyze the proteome. proteome. In general a Mass Spectrometer consists of: In general a Mass Spectrometer consists of: – Ion Source Ion Source – Mass Analyzer Mass Analyzer – Detector Detector Mass Spectrometers are used to quantify the Mass Spectrometers are used to quantify the mass-to-charge (m/z) ratios of substances. charge (m/z) ratios of substances. From this quantification, a mass is determined, From this quantification, a mass is determined, proteins are identified, and further analysis is proteins are identified, and further analysis is performed. performed

Introduce sample to the instrument a generate ions in the gas phase a Separate ions on the basis of differences in m/z with a mass analyzer a Detect ions ample source analyzer detector e.g., ESI, El,or g, quadrupoles g, electron multiplier MALDI or time-of-flight vacuum vacuum pumps pumps 10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 8 „ Introduce sample to the instrument „ Generate ions in the gas phase „ Separate ions on the basis of differences in m/z with a mass analyzer „ Detect ions

用于分析的样品分子(或原子)在离子源中离化成具有 不同质量的单电行分子离子和碎片离子,这些单电荷离子在 加速电场中获得相同的动能并形成一束离子,进入由电场和 磁场组成的分析器,离子束中速度较慢的离子通过电场后偏 转大,速度快的偏转小;在磁场中离子发生角速度矢量相反 的偏转,即速度慢的离子依然偏转大,速度快的偏转小;当 两个场的偏转作用彼此补偿时,它们轨道便相交于一点。与 此同时,在磁场中还能发生质量的分离,这样就使具有同一 质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上,不同质荷比的离 子聚焦在不同的点上,其焦面接近平面,用检测系统进行检 测即可得到不同质荷比的谱线,即质谱。通过质谱分析,我 们可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成 和分子结构等多方面的信息。 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 9 用于分析的样品分子（或原子）在离子源中离化成具有 不同质量的单电行分子离子和碎片离子，这些单电荷离子在 加速电场中获得相同的动能并形成一束离子，进入由电场和 磁场组成的分析器，离子束中速度较慢的离子通过电场后偏 转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反 的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当 两个场的偏转作用彼此补偿时，它们轨道便相交于一点。与 此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一 质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离 子聚焦在不同的点上，其焦面接近平面，用检测系统进行检 测即可得到不同质荷比的谱线，即质谱。通过质谱分析，我 们可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成 和分子结构等多方面的信息

Diagram of a simple mass spectrometer electrode, filament unfocused heavy ions magnetic field gauss sample ion source 10 torr unfocused light ions detector focused ion beam 0/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University

10/27/2005 Chaoqun Wu, Fudan University Chaoqun Wu, Fudan University 10 Diagram of a simple mass spectrometer