基于质谱的蛋白质组学分析.ppt
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检测热不稳定的生物分子 80年代 随着软电离技术（快原子轰击FAB、电喷雾ESI、
基质辅助激光解吸MALDI）的发展，生物质谱得到了飞 速发展
软电离
在质谱分析中，离子源是将分子离解成离子或解离成碎片， 在这里分子失去电子，生成带正电荷的分子离子。分子离 子可进一步裂解生成质量更小的碎片离子。由于离子化所 需要的能量随分子不同差异很大，因此，对于不同的分子 应选择不同的离解方法。通常称能给样品较大能量的电离 方法为硬电离方法，而给样品较小能量的电离方法为软电 离方法，后一种方法适用于易破裂或易电离的样品。
基本原理：通过对被测样品离子的质核比的测定来进行分 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。
质谱技术的发展
1912 英国物理学家 Thomson研制成功第一台质谱仪 20世纪20年代 质谱成为一种分析手段被化学家所采用 40年代开始 质谱广泛用于有机物质的分析 1966 Munson&Field报道了化学电离源，质谱第一次可以
2.结构蛋白质组学 以绘制出蛋白复合物的结构或存在于一个特殊细胞器中的 蛋白为研究目的，用于建立细胞内信号转导的网络图谱并 解释某些特定蛋白的表达对细胞的作用
3.功能蛋白质组学 研究在不同生理和病理条件下，细胞中各种蛋白质之间的 相互作用关系及其调控网络，以及蛋白质的转录和修饰
蛋白质组学研究路线
主要技术
wenku.baidu.com
DART(direct analysis in real time)
MALDI
使用基质的目的是为了保 护待分析物不会因过强的 激光能量导致化合物被破 坏
数据处理
质谱
生物质谱仪的离子源与质量分析器
离子源
ElectroSpray Ionization(ESI) Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization(MALDI)
质量分析器
Time of Flight(TOF) Ion Trap(IT) Quadra poles(Q) Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance(FT-ICR)
1. 双向凝胶电泳（two-dimensional electrophoresis,2DE）
第一向：等电聚焦（IEF），根据蛋白质的等电点进行分离 第二向：SDS-PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳，根据蛋白质分子量差异 进行分离
2.双向荧光差异凝胶电泳（two-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis,2D-DIGE）
ESI
借助强电场使电子分离，当样品溶液以低流速经毛细管流出后，在雾 化器的辅助下雾化成细小的带点液滴。这些液滴在运动过程中逐渐脱 溶剂化导致体积变小，表面电荷密度增大，当达到一定极限时，液滴 发生爆裂产生更小的液滴。如此不断重复，直至液滴很小时，由于液 滴表面电荷密度极大，足以从液滴中解析出分子离子，而后者最终进 入质谱分析器
基于质谱分析的蛋白质组学
01
蛋白质组学
02
生物质谱技术
03
生物质谱在 蛋白质组学 中的研究利 用
Content
蛋白质组学
蛋白质组（proteome）:PROTEins+genOME， 意为protein expressed by genome—基因组表达的全部蛋白质 蛋白质组学（proteomics）:The study of the proteome—研究 全部蛋白质的存在及存在形式的一门学科
电喷雾离子化仅能容忍较低容量的缓冲溶液、盐和表面活 性剂，这些物质可以和分析物形成化合物从而干扰分子量 的测定或抑制分析物离子的形成。HPLC是分离去除污染 物的常用手段，而ESI的一大优点就是可以很容易的和 HPLC等各种预分离技术相连接。随着20世纪90年代，纳 喷雾的出现，ESI-MS灵敏度大大提高，已经可以检测 Femtomole(毫微微克分子)和Attomole(10-18 mole)级 的生化样品
DESI(desorption electrospray ionization)
该技术的突破在于可以直接在大气压环境下分析未经任何 处理的样品，如皮肤、花朵、尿液、生理组织等
DESI直接将电喷雾的带点液滴和溶剂离子射向被分析物 表面，就可以使样品表面的分子解吸附并带上电荷被质谱 检测。Cooks课题组曾使用DESI技术直接分析人肝腺癌 组织样品，成功找到一些特殊磷脂在癌变区域含量异常升 高的现象，而这些磷脂的存在正是和人体器官内机能紊乱 神经酰胺引导的细胞死亡通路相关联
“软”是相对于最常用的电子电离EI而言。采用软电离技 术容易获得能指明相对分子质量的准分子离子（M+H）+、 （M-H）+，但能提供结构信息的碎片离子较少。
生物质谱的一般结构
质谱仪组成
电离
离子源
形成离子 (带电分子)
样品
质量分选(过滤)
质量分析器
根据m/z分选离子
检测
离子检测器
检测离子
基本步骤: 1. 样品离子化 2. 根据质量(m/z)不同分离离子 3. 检测每种质量离子的数目 4. 收集、处理数据得到质谱图
根据研究目的，蛋白质组学可分为
表达蛋白质组学 (expression proteomics） 结构蛋白质组学 (structure proteomics) 功能蛋白质组学 (functional proteomics)
1.表达蛋白质组学 研究细胞或组织中蛋白质表达的质和量的变化，以及不同 时间基因表达谱的改变
采用专有的荧光染料与多重 样本和图像分析的方法，在 同一块胶上可同时分离多个 有不同荧光标记的样品，并 以荧光标记的样品混合物为 内标，对每个蛋白质样品和 每个差异都可以进行统计学 可信度分析
生物质谱技术
质谱是带电原子、分子或分子碎片按质量的大小顺序排列 的图像
质谱仪是一类能使物质离子化并通过适当的电场、磁场将 它们按空间位置、时间先后或轨道稳定与否实现质量比分 离，并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分 析系统、电学系统和真空系统组成
基质辅助激光解吸MALDI）的发展，生物质谱得到了飞 速发展
软电离
在质谱分析中，离子源是将分子离解成离子或解离成碎片， 在这里分子失去电子，生成带正电荷的分子离子。分子离 子可进一步裂解生成质量更小的碎片离子。由于离子化所 需要的能量随分子不同差异很大，因此，对于不同的分子 应选择不同的离解方法。通常称能给样品较大能量的电离 方法为硬电离方法，而给样品较小能量的电离方法为软电 离方法，后一种方法适用于易破裂或易电离的样品。
基本原理：通过对被测样品离子的质核比的测定来进行分 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。
质谱技术的发展
1912 英国物理学家 Thomson研制成功第一台质谱仪 20世纪20年代 质谱成为一种分析手段被化学家所采用 40年代开始 质谱广泛用于有机物质的分析 1966 Munson&Field报道了化学电离源，质谱第一次可以
2.结构蛋白质组学 以绘制出蛋白复合物的结构或存在于一个特殊细胞器中的 蛋白为研究目的，用于建立细胞内信号转导的网络图谱并 解释某些特定蛋白的表达对细胞的作用
3.功能蛋白质组学 研究在不同生理和病理条件下，细胞中各种蛋白质之间的 相互作用关系及其调控网络，以及蛋白质的转录和修饰
蛋白质组学研究路线
主要技术
wenku.baidu.com
DART(direct analysis in real time)
MALDI
使用基质的目的是为了保 护待分析物不会因过强的 激光能量导致化合物被破 坏
数据处理
质谱
生物质谱仪的离子源与质量分析器
离子源
ElectroSpray Ionization(ESI) Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization(MALDI)
质量分析器
Time of Flight(TOF) Ion Trap(IT) Quadra poles(Q) Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance(FT-ICR)
1. 双向凝胶电泳（two-dimensional electrophoresis,2DE）
第一向：等电聚焦（IEF），根据蛋白质的等电点进行分离 第二向：SDS-PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳，根据蛋白质分子量差异 进行分离
2.双向荧光差异凝胶电泳（two-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis,2D-DIGE）
ESI
借助强电场使电子分离，当样品溶液以低流速经毛细管流出后，在雾 化器的辅助下雾化成细小的带点液滴。这些液滴在运动过程中逐渐脱 溶剂化导致体积变小，表面电荷密度增大，当达到一定极限时，液滴 发生爆裂产生更小的液滴。如此不断重复，直至液滴很小时，由于液 滴表面电荷密度极大，足以从液滴中解析出分子离子，而后者最终进 入质谱分析器
基于质谱分析的蛋白质组学
01
蛋白质组学
02
生物质谱技术
03
生物质谱在 蛋白质组学 中的研究利 用
Content
蛋白质组学
蛋白质组（proteome）:PROTEins+genOME， 意为protein expressed by genome—基因组表达的全部蛋白质 蛋白质组学（proteomics）:The study of the proteome—研究 全部蛋白质的存在及存在形式的一门学科
电喷雾离子化仅能容忍较低容量的缓冲溶液、盐和表面活 性剂，这些物质可以和分析物形成化合物从而干扰分子量 的测定或抑制分析物离子的形成。HPLC是分离去除污染 物的常用手段，而ESI的一大优点就是可以很容易的和 HPLC等各种预分离技术相连接。随着20世纪90年代，纳 喷雾的出现，ESI-MS灵敏度大大提高，已经可以检测 Femtomole(毫微微克分子)和Attomole(10-18 mole)级 的生化样品
DESI(desorption electrospray ionization)
该技术的突破在于可以直接在大气压环境下分析未经任何 处理的样品，如皮肤、花朵、尿液、生理组织等
DESI直接将电喷雾的带点液滴和溶剂离子射向被分析物 表面，就可以使样品表面的分子解吸附并带上电荷被质谱 检测。Cooks课题组曾使用DESI技术直接分析人肝腺癌 组织样品，成功找到一些特殊磷脂在癌变区域含量异常升 高的现象，而这些磷脂的存在正是和人体器官内机能紊乱 神经酰胺引导的细胞死亡通路相关联
“软”是相对于最常用的电子电离EI而言。采用软电离技 术容易获得能指明相对分子质量的准分子离子（M+H）+、 （M-H）+，但能提供结构信息的碎片离子较少。
生物质谱的一般结构
质谱仪组成
电离
离子源
形成离子 (带电分子)
样品
质量分选(过滤)
质量分析器
根据m/z分选离子
检测
离子检测器
检测离子
基本步骤: 1. 样品离子化 2. 根据质量(m/z)不同分离离子 3. 检测每种质量离子的数目 4. 收集、处理数据得到质谱图
根据研究目的，蛋白质组学可分为
表达蛋白质组学 (expression proteomics） 结构蛋白质组学 (structure proteomics) 功能蛋白质组学 (functional proteomics)
1.表达蛋白质组学 研究细胞或组织中蛋白质表达的质和量的变化，以及不同 时间基因表达谱的改变
采用专有的荧光染料与多重 样本和图像分析的方法，在 同一块胶上可同时分离多个 有不同荧光标记的样品，并 以荧光标记的样品混合物为 内标，对每个蛋白质样品和 每个差异都可以进行统计学 可信度分析
生物质谱技术
质谱是带电原子、分子或分子碎片按质量的大小顺序排列 的图像
质谱仪是一类能使物质离子化并通过适当的电场、磁场将 它们按空间位置、时间先后或轨道稳定与否实现质量比分 离，并检测强度后进行物质分析的仪器。质谱仪主要由分 析系统、电学系统和真空系统组成