质谱仪(massspectrometer)

质谱仪　译自《日经生物技术产业》　质谱仪（ＭＳ）顾名思义．是测定　蛋白质的测定原理有３个，　轰击．也可以破坏（分解）多肽的方　物质的量（正确的说是质量／电荷）的　法（被称为四极离子阱型）。　装置。　通过组合的方式进行　这个四极离子阱型．有一个在陷　质谱仪过去一直被作为用于低分　更详细的分析　阱里积蓄的阶段。积蓄的多肽进行一　子化合物的鉴定等。近年来．质谱仪经　次分析以后．特定的多肽还可以再进　过改良．成为高分子化合物的蛋白质　质谱仪的测定对象从氢元素到蛋　行一次质量分析．以便做详细的解析　网罗式解析（蛋白质组学．ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ）　白质．范围很广。其基本的原理是利　的手法也成为可能。在最近．可以任　不可缺少的分析装置之一。　用了离子化物质通过电场或磁场时．　意选择离子以及可以进行多次破坏的　关于详细的方法会在后面叙述．　由于质量（分子量）的不同而产生的　方法四极离子阱（ＱＩＴ）型跟飞行时间　这种方法是把要测定的蛋白质分解为　通过时间的差别来测定物质的质量。　型（ＴＯＦ）组合起来的ＱＩＴ－ＴＯＦ型也　多肽以后，进行质量分析来鉴定蛋白　大致上，质谱仪由两个部分构　开始普及起来。　质的解析手法。　成．进行离子化的部分和进行质量分　第三个傅里叶变换型是最近制药　通过使用更高性能的质谱仪．无　析的部分。另外．进行质量分析的部　企业等之间特别受到关注的分析方法。　需把蛋白质片段化就可以解析的名为　分通过３个阶段．离子的加速（能量　其特点是具有非常高的分解能。生成　“Ｔｏｐ—ｄｏｗｎ”蛋白质组学的方法，受到　的给予）、根据质量的差别来进行分　的离子被吸入超导磁场（静磁场）中．　了大型制药企业等方面的关注。　离、检测．来进行物质的量的测定。　根据质量而变的频率做旋转运动。通　进行质量分析自身的分析原理有　过检测这个频率来获得质量（使用表　几个。其中，用于高分子的蛋白质解　示时间信号和频率关系的傅里叶变　析的原理中主要应用了３个原理：飞　换）。其优点是高分子的蛋白质也可以　行时间型、四极型、傅里叶变换型　进行高精度的测定。ＦＴ的应用带动了　（ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ＦＴ）。　“Ｔｏｐ．ｄｏｗｎ”蛋白质组学的研究。　第～个飞行时间型是把离子化并　另外，近年来质谱仪的精度有了　加速的物质（多肽）送达检测器所需　很大的提高。作为质谱仪的检测系主　的飞行时间（Ｔｉｍｅ　ｏｆＦｌｉｇｈｔ，ＴＯＦ）的　要使用的飞行时间型，通过装置的改　差别换算成质量的原理。一般被叫做　良，也可以以１０￣ｇ／ｇ级的误差进行测　ＴＯＦ－ＭＳ的质谱仪采用这个原理。　定。而最先进的ＦＴ－ＭＳ（傅里叶变换　第二个四极型跟飞行时间型相　型ＭＳ）则可以以１　ｇ的误差进行分　同。在蛋白组学领域得到广泛的应用。　子测量。　利用生成的离子通过４个电极时．使　电压发生变化引起质量的差异从而使　关键是多肽的电离化法　曼津专Ｉ　Ｅ新铠售莳ＭＡＬＤＩ－Ｑ１Ｔ－ＴＯＦ型质谱仪“ＡＸＩＭＡ－　４极的排出的时间差异的分析方法。　Ｑ１Ｔ”：这台由马津制作所独自开发、采用了匹极离子阱（Ｑ１Ｔ）　另外，在４极内单一的离子（蛋　可以成为诺贝尔奖的对象　装置可以反复多次篚进行质量分析，对蛋白质做更为详细　白质解析的场合、离子化的多肽）作　五鉴定　为陷阱，在这个陷阱里让惰性气体去　在蛋白质解析上应用成为可能　　ｊｗｗｗ＿ｂｉｏｂｕｓｉｎｅｓｓ．ｃｏｍ．ｃｎ　＼２００７．０１．＼　生物技术产业　１　８７　维普资讯 http://www.cqvip.com

其最大的关键是蛋白质的离子化法开　发的发展。质量分析是通过”有电场　及磁场的场所内的物质的移动”来测　定质量差的缘故，所以需要测定的物　质就必须先进行离子化。因此直到今　日的离子化法的开发历史可以说是如　何在不破坏蛋白质的前提下离子化　（软离子化）的历史。　用来做蛋白质离子化的ＥＳＩ法　（ｅｌｅｃｔｒｏ　ｓｐｒａｙ　ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，电喷雾离子　化法）和ＭＡＬＤＩ法（ｍａｔｒｉｘ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｌａｓｅｒ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，基质辅助激　光解析离子化法）基础技术的开发者　Ｊｏｈｎ　Ｂ．Ｆｅｎｎ先生（美国Ｖｉｒｇｉｎｉａ　Ｃｏｍ—　ｍｏｎｗｅａｌｔｈ大学）和田中耕一先生（日　本岛津制作所）成为２００２年诺贝尔化　学奖的得主，至今还记忆犹新。　物质的离子化法有其各自的特　征，根据测定对象的分子量（质量）及　对象物的极性（分子内的正负电荷的　型那样将已经离子化的分子进一步的　分布的不均等），有必要分开使用适　加以破坏，然后从其段片当中找到更　合的离子化法（参见图１）。　量为数百的低分子化合物时采用ＥＩ　多的构造信息，反复进行质量分析的　　比如，如果测定挥发性高，分子　方法也普遍的被采用了。断片化的形式作比较检索　几秒钟就可以进行鉴定　ＭＡＬＤＩ法、ＥＳＩ法等软离子化法　不过．质谱仪并非什么样的混合　法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｉｍｐａｃｔ，电子轰击离子化　物都可以测定。实际上如果存在阻碍　的开发使利用质谱仪进行蛋白质解析　法）。如果测定生物体高分子化合物　离子化的物质比如缓冲液以及高浓度　手法（获得数据的解析）的开发成为　时则采用ＭＡＬＤＩ法。　ＥＩ法、ＦＤ法的盐类则不能进行测定。为了解决这　可能。其成果就是有效发挥质谱仪得　（Ｆｉｅｌｄ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ，　个问题．一直在摸索跟其他的色谱法　到的结果和数据库来鉴定蛋白质的系　电解脱离法）是强制性的去掉电子来　（ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）组合。可以采用这　统ＰＭＦ法（Ｐｅｐｔｉｄｅ　Ｍａｓｓ　Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）　给予电荷，相比之下，ＦＡＢ法（ｆａｓｔ　样的手法，即采用其他的色谱法来分　以及ＭＳ／ＭＳ　Ｉｏｎ　Ｓｅａｒｃｈ法。　ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ，高速粒子轰击法）以及　离混合物，除掉缓冲液及盐类，同时　所谓ＰＭＦ法，是指把蛋白质分解　ＥＳＩ法、ＭＡＬＤＩ法则通过赋予测定物　在存在多个蛋白质的场合，进行第一　后得到的多肽群的各个断片的质量进　质电荷（通常是质子）生成离子的方　阶段的分离，然后在第二阶段时通过　行分析．与登录在数据库里的序列已　法。ＥＳＩ法是试料溶液通过高电压下　质谱仪将其逐一解析。　的细管喷雾到大气压下离子化的方　经明确的多肽的质量进行比较．通过　比如，通过ＥＳＩ把液相色谱法　这样的方式来鉴定蛋白质的方法（参　其步骤是，首先把蛋白质Ａ用酶　ＭＳ（液　见图２）。　法。ＭＡＬＤＩ法是在试料和总称为过剩　（ＬＣ）同ＭＳ连结起来的ＬＣ－的基质（ｍａｔｒｉｘ）的混合物上用激光照　相色谱法／电子喷雾离子化质谱仪）或　射使试料离子化的方法。　者ＬＣ－ＭＳ／ＭＳ成为认知度很高的测定　进行片段化处理，通过质谱仪来求各　特别是通过ＥＳＩ法、ＭＡＬＤＩ法这　法。最近，ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ（基质辅　多肽片段的质量。这时采用的酶是胰　两种离子化法的开发，在不破坏多肽　助激光脱离离子化飞行时间型质谱　蛋白酶（Ｔｒｙｐｓｉｎ）等的分解酶。　的情况下可以进行质量分析，成为蛋　仪）用的Ｐｌａｔｅ上分取ＬＣ的溶出液再　白质组学研究热的导火索。　ＭＳ法开始普及起来。　另外，如前面所述的４极离子阱　ＴＯＦ－另一方面，已经知道的蛋白质由　进行测定的、ＬＣ－Ｏｆｆｌｉｎｅ　ＭＡＬＤＩ－　于其氨基酸的序列已经明确．所以通　过胰蛋白酶等可以知道消化时能够得　生静接术产业　【２００７．０１．１　ｗｗｗ＿ｂｉｏｂｕｓｉｎｅｓｓ．ｃｏｍ．ｃｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

技术讲座　消化酶　处理　ＭＷ　蛋白质　ＧＬＳＤＧＥＷＱＱＶＬＮＶＷＧＫ　１８１６　０　质量分析　ＶＥＡＤＩＡＧＨＧＱＥＶＬＩＲ　１６０６　９　ＬＦＴＧＨＰＥＴＬＥＫ　１２７１．７　片　子　经过质量分析此蛋白质鉴定为肌红蛋白质　将蛋臼质进行分解，得到短的多肽后，通过质量分析测定各多肽的质量。另一方面，已知蛋白质的分解后的形态已经存储在解析软件中，把目的蛋白质的峰值形态跟已知蛋白质　的峰值形态做比较，以此来鉴定蛋白质　到什么样的多肽片段。同时从氨基酸　能力。能够满足这些要求的ＬＣ—ＭＳ、　定进一步提高精度的方法是．ＭＳ／ＭＳ　的分子量还可以计算各多肽片段的质　ＭＡＬＤＩ—ＴＯＦ—ＭＳ得到广泛的应用。　Ｉｏｎ　Ｓｅａｒｃｈ法（参见图３）。正如前述　量。比如，关于肌红蛋白（ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ）．　随着质谱仪自身性能的提高．　的４极离子阱型质量分析那样．可以　胰蛋白酶进行消化时得到的多肽断片　其迅速性及精度得到提高．使质谱仪　从质量分析的结果中取出一个多肽的　的集团及其各自的质量可以事先作为　得到的数据的解析处理能力也非常　断片加以分解．进一步的进行该断片　信息存储在解析软件利用的数据库里。　高。由于这个原因，关于一个蛋白　群的质量分析（ＭＳ／ＭＳ）装置的开发　并且．把质谱仪得到的、目的蛋　质．从质量的分析到蛋白质的鉴定只　使ＭＳ／ＭＳ　Ｉｏｎ　Ｓｅａｒｃｈ法成为可能。　白质由来的多个多肽片段的组合．与　需几秒钟就可以完成的系统的构筑　ＰＭＦ法的缺点是．当分解一个蛋　已知蛋白质片段化时得到的多肽片段　也成为可能。　白质测定的结果．检测出的多肽数比　的组合（解析软件里已经作为数据存　较少时（小蛋白质等场合）．鉴定比较　在）进行比对。通过这种方式．可以　把一个多肽再进一步断片化　困难。正因为是经过分析已经明确的　进行目的蛋白质的鉴定。　采用ＭＳ／ＭＳ增加信息量　多肽断片的组合跟已知蛋白质的多肽　如今．在研究第一线．要求高的　断片的组合进行比较的方法．如果从　质量分析精度和迅速分析大量试料的　￣ＥＰＭＦ法作比较．使蛋白质的鉴　目的蛋白质得到多肽的数量少时．鉴　ｗｗｗ．ｂｉｏｂｕｓｉｎｅｓｓ．ｃ０ｍ．ｃｎ　ｌ　２００７．ＯＩ．Ｊ　生静拉术产业　８９　维普资讯 http://www.cqvip.com

定的精度将有所下降。　反复做多次的质量分析，并以其结果　ＭＳ／ＭＳ　Ｉｏｎ　Ｓｅａｒｃｈ法将弥补这样　为基础进行解析的话，就可以进一步　的缺点。例如，进行相对分子质量为　提高鉴定的精度。　１６０６．９的多肽的ＭＳ／ＭＳ时　如图３所　示，将得到相对分子质量１　５０７．８及　一除了ＭＳ／ＭＳ　Ｉｏｎ　Ｓｅａｒｃｈ法，还有　个ＤｅＮｏｖｏ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ法。进行ＭＳ／　ｌ３７８．７等这样的分解物。　获得的１５０７．８及ｌ３７８．７是分别　作者简介　从１６０６．９产生的多肽片段。就是说，　山田真希　从１６０６．９这样的单一的多肽片段的　岛津制作所分析计测事业部生活科学研究所副主　信息中，又通过ＭＳ／ＭＳ获得多个多　任．能源科学博士，京都大学研究生院能源科学研究科　肽片段的信息。选定的离子（在该场　博士后出站后，进八岛津制作所，任现职。　合，就是相对分子质量为１６０６．９的多　肽）及其分解片段（１５０７．８等）的信　山崎雄三　息（质量），如同ＰＭＦ法，与解析软　岛津制作所分析计测事业部生活科学研究所主任。　北海道大学研究生院高分子学科毕业，约１０年间在化　件携带的数据库里的断片信息作比较　学医药品企业从事利用质量分析的分析、结掏解析，　来鉴定蛋白质。　２００２年任现职。　即使从一个多肽的片段，也可以　把离子化的多肽　断片的１个　加以破坏进行质　量分析　拥有相对分子质量１６０６．９的多肽的氨基酸序可以推定　｛ｉ　图２获得的多肽片段的一个　（在这个场合为１６０６　９）进步分　蛋白质的鉴定　解，栗艘质量分析　■反馈服务编码Ｗ２２１８　生物技术产业　１　２００７．０１．　ＷＷＷ．ｂｉｏｂｕｓｉｎｅｓｓ．ＣＯｌ－１ｆ．ｃｎ　ＭＳ，得到分解多肽片段问的质量差　和氯基酸的分子量的信息直接决定多　肽的氨基酸序列。当目的蛋白质是尚　未登录在数据库的未知蛋白质时　这　种手法就有效。　翻译后修饰的解析也有可能　使用同位体向定量分析发展　质量分析还开始应用在糖链附加　及磷酸化等经过翻译后修饰的蛋白质　的鉴定。　以前，糖链及磷酸结合的多肽比　没有结合的多肽，解析要困难。带糖　链以及磷酸基的多肽离子化的效率又　很低，因为目的蛋白质不一定都受到　了修饰，带糖链及磷酸基的场合和不　带的场合混同在一起。　但是，通过只把磷酸化多肽以　及糖多肽进行浓缩，只解析修饰过的　多肽就变得容易起来了。而且．最近　发现，通过糖多肽的ＭＳｎ测定（把质　量分析反复进行ｎ次）在ｌ台装置上　可以得到丰富的多肽以及糖链的序列　信息（Ｆｕｋｕｙａｍａ　Ｙ．，ｅｔ　ａｌ，Ｊ．Ｍａｓｓ　ＳｐｅｃｔｒｏＩＴＩ．ＳＯＣ．Ｊｐｎ．２００４，５２（６）：　３２８￣３３８）。如此，通过质谱仪就可以　进行翻译后修饰的结构解析了。　并且不仅仅只停留在结构解析，　在使用同位体试剂进行的定量解析上　也开始应用质谱仪。　质谱仪随着新的离子化法的开发　以及分析仪器的性能提高，今后也将　会是不断发展的大有希望的分析仪　器。　《日经生物技术产业》￣２００５．日经ＢＰ社