生物质谱分析技术胡水旺文稿演示
《生物质谱》PPT课件
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质谱分析法 （mass spectrometry，MS）
是将化合物形成离子和碎片离子，按质荷比（m/z）的不 同进行分离，来进行成分和结构分析的方法。
质谱分析中，多种离子化技术均可使物质分子失去外层价 电子形成分子离子（molecular ion，M+），分子离子中 的化学键还可以继续发生某些有规律的断裂而形成不同质 量的碎片离子（fragment ion）：
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10
The Nobel Prize in Chemistry 2002
约翰·芬
田中耕一
"for their development of soft desorption ionization methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"
以ESI-MS获得的准确相对分子质量的质谱图
ESI-ion trap spectra of apomyoglobin(脱辅基肌红蛋
白)
Relative Abundance Relative Abundance
硕士生学位课程：蛋白质组学
第3讲：生物质谱
Bio - mass spectrometry，Bio-MS
重庆医科大学药学院 母昭德
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质谱分析在生物技术中的应用研究
质谱分析在生物技术中的应用研究
随着科学技术的不断发展，越来越多的技术被应用于生物学的
研究领域，其中质谱分析技术的应用也得到了广泛的关注。质谱
分析是一种利用电离源将样品中的化合物离子化，然后利用质谱
仪测定离子质量分布的技术。质谱分析技术具有高灵敏度、高分
辨率、高速度和广泛的应用范围等优点，被广泛应用于生物技术
的研究领域。
1. 质谱分析在蛋白质组学中的应用
蛋白质是细胞重要的组成部分，它们决定了细胞的功能和表现。质谱分析技术在生物技术领域的应用之一就是蛋白质的分析。利
用质谱分析技术可以准确地测定蛋白质的分子量、序列、修饰状
态等信息。今天，基于质谱分析技术的蛋白质组学已经被广泛应
用于新药的研发、疾病诊断、蛋白质定量、蛋白质修饰等研究领域。
2. 质谱分析在代谢组学中的应用
代谢组学是一种在生物体内检测代谢物变化的技术，它可以研
究生物体和环境因素之间的相互作用。质谱分析技术在代谢组学
中的应用越来越广泛，因为它具有高灵敏度和高分辨率的特点。
可以利用质谱分析技术对代谢产物进行鉴定和筛选，并研究其在
代谢途径、分子机制等方面的作用。利用代谢组学和质谱分析技
术可以更深入地了解代谢系统，为疾病的诊断和治疗提供更为精准的方案。
3. 质谱分析在基因组学中的应用
基因组学是研究基因、基因组及其功能的学科。质谱分析技术在基因组学中的应用主要集中在DNA、RNA和蛋白质的测定。通过质谱分析技术可以准确地检测基因组中的不同基因、转录产物和蛋白质，从而了解基因组编码的信息、基因表达的规律以及基因调控的机制等。这种信息对于探究基因的作用和生物进化的研究具有重要的意义。
最新质谱分析图谱解析PPT课件
含杂原子化合物的裂解（羰基化合物除外）:
+
R
CH2 NHR'
+
R CH2 OH(R' )
+
R CH2 SH(R' )
+
i
R O R'
+
i
R S R'
+
R + H2C NHR'
+
R + H2C OH(R' )
+
R + H2C SH(R' )
R + + OR' R + + SR'
or R' + + OR or R' + + SR
y = 154 32 12×8=26 不合理 设w=1 则 y = 154 321612×8=10
分子式为C8H10OS
查Beynon表法
C H N O m/z M+1 M+2 理论计算值，会出现不符合N律和不符合DBE的一般规律。
高分辨质谱法
精确质量，与分辨率有关 ※ 试误法
精确质量的尾数=0.007825y+0.003074z-0.005085w
3.3.1 研究有机质谱裂解反应的实验方法
● 亚稳离子法 ● 同位素标记法
第五章质谱分析法ppt课件
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3. 四极滤质器（四极杆质量分析器）
特点： • 结构简单、体积小，分析速度快，适合与色谱联用 • 分辨率较高（比磁分析器略低） • 准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的
• 分子离子峰的m/z就是该分子的分子量。
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常见的离子碎片与化合物类型
离子质量 29 30 31 43
39，43，57，71 39，50，51，52，65，77
60 91 105
元素组成
结构类型
CHO+，C2H5+ CH2N+H2 CH2=+OH，CH3O· CH3CO+，C3H7+ C2H5+，C2H7+ 芳香族裂解产物
碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值m/z（质荷比）大小依
次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。
43
29 15
57
71 85 99 113 142
2
m/z
质谱分析特点：
• 应用范围广； • 灵敏度高，样品用量少； • 分析速度快，并可实现多组分同时测定； • 与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及
a 碳链越长，分子离子峰越弱； b 存在支链有利于分子离子裂解，故分子离子峰很弱； c 饱和醇类及胺类化合物的分子离子峰弱； d 有共振系统的分子离子稳定，分子离子峰强； e 环状分子一般有较强的分子离子峰 分子离子峰的相对强度取决于M+·相对于裂解产物的稳定性： 芳香环＞共轭烯＞烯＞环状化合物＞羰基化合物＞醚＞酯＞胺 ＞酸＞醇＞高度分支的烃类
生物医学中的生物质谱图谱分析技术
生物医学中的生物质谱图谱分析技术生物质谱图谱分析技术在生物医学领域中扮演着至关重要的角色。它可以为药物研发、疾病诊断和治疗，以及生物学研究等方面提供高效、精确的数据支持。本文将介绍生物质谱图谱分析技术的基本原理、应用领域及未来发展趋势。
一、生物质谱图谱分析技术的基本原理
生物质谱图谱分析技术是一种将分子离子化后，通过质谱仪分析分子组成和结构的方法。其基本原理是将待测物质通过不同方式离子化，形成带电离子，并进入质谱仪中进行分析。分子的离子化方式主要有MALDI（基质辅助激光解析离子化）和ESI（电喷雾离子化）两种。
MALDI是一种基于分子矩阵的离子化方式，通常用于大分子化合物的质谱分析。MALDI样品处理步骤简单，离子化效率高，能够分析高分子量化合物，是目前分析蛋白质的常用方法。
ESI则是一种将分子溶解在带电溶液中，通过电场作用形成带
电离子的离子化方式。ESI能够分析小分子量化合物，且适用于高分辨质谱和串联质谱等多种分析方法。
二、生物质谱图谱分析技术的应用领域
生物质谱图谱分析技术在生物医学领域的应用十分广泛。以下
是其中的几个方面：
1.药物研发：生物质谱图谱分析技术能够帮助药物研发人员确
定药物的分子结构，以及药物与蛋白质的相互作用，为新药开发
提供重要的数据支持。
2.疾病诊断和治疗：生物质谱图谱分析技术能够分析血液、尿液、脑脊液等生物样本中的代谢产物、蛋白质和核酸等分子信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
3.生物学研究：生物质谱图谱分析技术能够分析蛋白质、脂质
和代谢物等分子信息，为生物学研究提供丰富的数据支持。例如，
质谱技术在生物分析中的应用
质谱技术在生物分析中的应用
质谱技术是现代分析科学中的一种强大的手段。尤其在生物分析领域，质谱技术已经成为了分析生物分子最重要的工具之一。质谱技术通过测量被分析物质的电离状态及运动状态，根据基础物理学原理分析样品分子之间各种质谱特征信息。本文将就质谱技术在生物分析中的应用做一简要的介绍。
生物分析可分为分子水平和细胞水平。质谱技术在生物分子分析中的主要应用有多相离子源、质谱检测器、质谱数据分析软件等。其中，质谱检测器是质谱分析中最重要的部分，通常包括质谱仪、离子阱、飞行时间谱仪、三级杆质谱仪、毒蕈状芽胞杆菌和时间-of-flight质谱仪等。这些检测器具有不同的灵敏度、动态范围和分辨率，能够适应不同的质谱分析实验。
多相离子源是质谱技术在生物分析中的重要手段之一，其用途主要是将生物分子转化为离子状态，进而在质谱中进行分析。目前常用的多相离子源包括电喷雾、大气压化学离子化和激光解析等技术。电喷雾技术具有灵敏度高、离子输出稳定的特点，被广泛应用于生物分析实验中。大气压化学离子化技术由于操作简单，易于自动化处理，因此在高通量分析领域得到了广泛应用。激光解析技术是一种新兴的生物分析手段，该技术具有非常高的分辨率和灵敏度，可以分析极低浓度的生物分子，这使得激光解析技术在分子诊断领域拥有巨大的潜力。
质谱数据分析是质谱技术分析生物分子的最后一步。质谱数据分析可以利用数据筛选、数据聚类、谱匹配、统计分析等手段对质谱输出结果进行分析和识别。常用的数据分析软件包括谱库搜索软件、组学分析软件和生物信息学软件等。使用这些软件，可以对质谱数据进行分类、比较和归档，取得更为准确和可靠的质谱数据分析结果。
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控制整个质谱仪
数据处理系统
离子检测器 离子转换成电信号
棒状峰
高斯状峰
蛋白质
质谱工作流程
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光 5.快原子轰击
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
质谱的构造
进样系统：按电离方式的需要，将样品送入 离子源的适当部位，分为加热进样和直接进样。
生物质谱分析技术胡水旺文稿演示
对生命的认识
1.生命是神造的、上帝造的等； 2.生命是活力； 3.生命是机器； 4.生命是信息。
系统生物学
系统生物学是研究一个生物系统中所有 组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的 构成，以及在特定条件下这些组分间的 相互关系的学科 。
系统生物学不同于以往的实验生物学—— 仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究 所有的基因、所有的蛋白质、组分间的 所有相互关系。
离子源：用来使样品分子电离生成离子 质量分析器：利用电磁场的作用将来自离子源
的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时 间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离 检测器：用来接受、检测和记录被分离后的离 子信号
进样系统
气体进样 液体进样 固体进样
离子源
电子轰击电离（EI） 化学电离（CI） 快原子轰击（FAB） 电喷雾电离（ESI） 基质辅助激光解吸电离（MALDI） 表面增强激光解吸电离(SELDI)技术
第二部分
蛋白质组学的兴起
解析疾病机制手段的改进:DNA Protein
蛋白质研究的复杂性
转录水平调控
蛋白质表达调控 翻译水平调控
翻译后水平调控 蛋白质存在复杂的翻译后修饰，作为生命功能 的行使者，它比基因更能直接地反映生理过程及其 变化。 蛋白质相互作用及空间构向等问题是生命现象 复杂性的真实体现。
质谱分析原理
质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷 比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析 的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电 场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比 （m/z）分开而得到质量图谱，通过样品的质 量图谱和相关信息，可以得到样品的定性定量 结果。
质谱发展史
1911年: 世界第一台质谱装置 （J.J. Thomson）
40年代: 用于同位素测定和无机元素分 析
50年代： 开始有机物分析（分析石油） 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入
生物质谱的发展
80年代：快原子轰击电离，基质辅助激 光解吸电离，电喷雾电离，大气压化学 电离
质谱仪的示意图
离子源
质量分析器
产生气相离子
按离子的质量与 电荷比分离离子
蛋白质组学(Proteomics) ：是通过大规 模研究蛋白质的表达水平的变化、翻译后修饰、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白 质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相 互作用的整体综合信息的科学研究。
疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾 病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。
蛋白质组学的研究的机遇和挑战：
研究基因终产物及生命活动直接功能执 行者蛋白质的科学-蛋白质组学（Proteomics） 应运而生。
蛋白质组最早是由澳大利亚Macquarie 大 学的Wilkins和 Williams在1994年的意大利举办 的双向电泳会议上首次提出来的。
Proteome一词由“蛋白质（PROTEin）” 与“基因组（genOME）”杂合而成，对于 “基因组学（Genomics）”,“蛋白质组学”定 义为一个基因组所表达的全套蛋白质。由 Proteome进一步派生出Proteomics。
Reductionism vs Synthesis
传统生物学与还原论 (reductionism) 的 观点
还原论假设一个复杂的系统可以分割为许多 不会互相干扰的子系统，因此只要将子系统 研究清楚，就能了解复杂系统的行为。
系统生物学与整合(synthesis)的观点
面对子系统不独立的可能性，而希望寻找新 的方法来解决子系统间交互作用的问题。
+G +G
G: 离子化的试剂气体分子, CH4, NH3 等 M: 被分析物
离子束
电子束 试剂分子 气体分子
3). 快原子轰击(Fast atom bombardment, FAB)离子 化技术-可分析分子量达数千的多肽, 极性分子.
4). 电喷雾离子化(Electrospray ionization, ESI)技术
质谱仪提供的是分子的质量与电荷比(m/z or m/e).
质谱法是一强有力的分析技术。它可用于未知化合物 的鉴定、定量分析、分子结构及化学特性的确定等方 面；
所需化合物的量非常低：10-12g, 或10-15 mole； 应用范围广: (1) 有机质谱法：生物、医药、聚合物、
法医和环境等方面；(2) 无机质谱法： 地球化学，地 质矿产和无机元素分析鉴定等方面。
蛋白质研究的复杂性
细胞周期信号转导图
来自百度文库
传统的蛋白质研究方法中存在的问题
1.生命现象的发生往往是多因素的，必然涉及到 多个蛋白质。
2.多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发 生，或呈级联因果。
3.在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动 态的，并不像基因组那样基本固定不变。
随着人类基因组计划重点由结构基因组 到功能基因组的转移，生命科学开始进入后 基因组时代。
1).电子轰击(Electron impact, EI)电离
M + e-
M+. + 2e-
Fi+ , i=1, 2, 3, ………. 电子束
气体分子
离子束
2). 化学电离(chemical ionization, CI)
正离子模式：GH+ + M 负离子模式：[G-H]- + M
[M + H]+ [M - H]-
机遇：基因组计划的快速进行，大量基 因序列和EST的确定为蛋白质的快速鉴 定提供了良好的基础。
挑战：从单一蛋白质的研究转变到细胞 和组织的整体蛋白质研究，在理论和技 术上提出了挑战。
蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学
蛋白质组学常用的两大技术平台
第三部分
生物质谱技术的原理及应用
质谱技术特点
质谱仪是一个用来测量单个分子质量的仪器，实际上