蛋白質(zhì)組學(xué)基礎(chǔ): 質(zhì)譜中肽段主要碎裂方式
瀏覽次數(shù):29 發(fā)布日期:2025-5-12
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蛋白被酶切為長短不一的肽段后,經(jīng)過ESI等離子源電離,成為帶有若干正電荷的母離子(precursor),然后通過離子通道進(jìn)入質(zhì)譜完成MSn譜圖掃描。根據(jù)不同的分析需求,可以選擇不同的母離子碎裂方法,如 CID/HCD、ETD等。每種碎裂方法產(chǎn)生不完全相同的碎片離子,借助這些離子的互補(bǔ)信息可實(shí)現(xiàn)全面的蛋白序列表征。
01 CID/HCD
碰撞誘導(dǎo)解離( Collision Induced Dissociation, CID ) ,也稱為碰撞活化解離(Collision Activation Dissociation, CAD ) ,基本原理是母離子進(jìn)入質(zhì)譜后,在電場中加速以增加離子動(dòng)能,然后與中性分子(通常是氦、氮或氬)碰撞。在碰撞過程中,部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,導(dǎo)致肽骨架的化學(xué)鍵斷裂,形成碎片離子。高能碰撞解離 (High-Energy Collision Dissociation,HCD)與CID原理相同,一般在Orbitrap類儀器中使用。CID/HCD主要產(chǎn)生靠近肽段N端的b離子和靠近C端的y離子,是自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)中最主流的碎裂方式(圖1)。
圖1 CID/HCD碎片離子示意圖
02 ECD
電子捕獲解離(Electron capture dissociation,ECD)與傳統(tǒng)的串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)互補(bǔ),主要用于FT-ICR質(zhì)譜。二硫鍵通常對振動(dòng)解離穩(wěn)定,但在 ECD 中優(yōu)先斷裂,快速且具有特異性,且不穩(wěn)定的翻譯后修飾和非共價(jià)鍵在主鏈鍵解離后也能保持完整。結(jié)合ECD,可以實(shí)現(xiàn)更高的序列覆蓋,在一定能量下,也可以區(qū)分異亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括DNA預(yù)測蛋白質(zhì)序列的Top-down驗(yàn)證、從頭測序、二硫鍵分析以及翻譯后修飾分析。
圖2 ECD碎片離子示意圖
03 ETD/EAD
電子轉(zhuǎn)移解離(Electron Transfer Dissociation,ETD)通過將陰離子基團(tuán)的電子轉(zhuǎn)移到多肽陽離子上來誘導(dǎo)肽段碎裂。由于ETD會(huì)誘導(dǎo)肽/蛋白質(zhì)主鏈上酰胺鍵的斷裂,因此會(huì)產(chǎn)生互補(bǔ)的c離子和z離子(圖3)。由于ETD和CID/HCD產(chǎn)生的序列信息是互補(bǔ)的,因此通常會(huì)結(jié)合這兩種方法,以提高序列覆蓋率和翻譯后修飾的鑒定(如糖基化)。
電子活化解離(Electron Activation Dissociation,EAD)是基于自由電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)肽段碎裂的,調(diào)節(jié)EAD電子能量可適用從單電荷小分子到多電荷大分子的檢測。低能量EAD可用于top down表征完整蛋白的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)屬性。中能量EAD可以保留PTMs的關(guān)鍵離子。高能EAD可用于小分子(如內(nèi)源性代謝物或藥物代謝產(chǎn)物)的特異性鑒定。
圖3 ETD/EAD碎片離子示意圖
04 UVPD
紫外光誘導(dǎo)解離 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid質(zhì)譜儀所獨(dú)有的一種多肽裂解方法,與CID和HCD不同,母離子到達(dá)離子阱后,以激光脈沖的紫外線進(jìn)行照射,光子直接被目標(biāo)分子吸收,達(dá)到足夠的激發(fā)態(tài)時(shí),多肽即被裂解產(chǎn)生碎片離子。UVPD產(chǎn)生的碎片離子更加豐度,可用于完整蛋白的表征。
圖4 UVPD碎片離子示意圖(JACS Au 2023, 3, 8, 2123–2130)
Tips
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