华盈视角：蛋白质组学——质谱技术

2023.8.04

蛋白质作为功能的直接执行者，在生物医学领域中有着重要意义，检测蛋白质表达、修饰、互作等有助于我们理解生命机体的各类机制和活动规律，为疾病的治疗、诊断，药物的开发、优化等提供有力的支持。

质谱技术作为检测蛋白质组学的主流技术，有必要了解其核心原理，才能更好的服务于科学问题的解决。

1.质谱的原理：

质谱是一种测量分子量与电荷之比（m/z）的原理的分析技术。其基本原理包括样品离子化、离子碎裂、离子检测和数据分析。

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图1 质荷比

首先，样品经过离子化过程，常用的离子化方法包括MALDI(基质辅助激光解吸电离)、ESI（电喷雾电离）等。离子化后样品中的分子会变成带电离子。然后，离子被引入质谱仪的质量分析器，目前蛋白质谱最常用的质量分析器如Orbitrap(静电场轨道阱)和Quadrupole(四级杆)。这些质量分析器利用内部的磁场或电场对离子进行检测、分离、排序等，通过检测器收集数据信息进行后续的分析。

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图2 质谱检测原理示意图

2.质谱技术广泛的应用

在生物医学领域中，质谱技术的应用范围非常广泛，除了用于蛋白组学研究，还可以检测药物化合物成分、纳米粒子、蛋白聚集体和病毒等多种生物分子和结构。

2.1质谱技术在小分子分析中发挥着重要作用。通过质谱仪的高分辨率和高灵敏度，可以确定小分子化合物的分子量、分子式和结构。这对于药物研发、药物代谢动力学研究、毒理学评估以及环境样品中的有机污染物分析具有关键意义。

2.2蛋白质是生物体内功能重要的大分子，质谱技术在蛋白质研究中扮演着重要角色。通过质谱分析，可以鉴定蛋白质的氨基酸序列、翻译后修饰、结构和折叠状态等信息。质谱技术中的蛋白质组学研究可以帮助我们了解蛋白质的表达水平、相互作用网络以及与疾病的关联。同时，质谱技术也可以用于检测蛋白质聚集体，如蛋白质凝胶、纤维和沉积物，这对于研究神经退行性疾病和蛋白质相关疾病具有重要意义。

2.3纳米粒子是具有特殊性质和应用潜力的微小颗粒，质谱技术可以用于纳米粒子的表征和分析。通过质谱仪的测量，可以确定纳米粒子的大小分布、表面组成、形状和结构等特征。这对于纳米材料的合成优化、性能评估以及纳米医学领域的研究具有重要意义。

2.4质谱技术在病毒学研究中也发挥着重要作用。通过质谱分析，可以鉴定病毒的蛋白质组成、变异、宿主相互作用以及病毒与宿主细胞的相互影响。这对于病毒感染机制的研究、疫苗开发以及病毒性疾病的诊断和监测具有重要意义。

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