仪器
• 目前，有多种离子源、质量分析器、离子碎裂装 置的组合方式。
• MALDI-TOF (最便宜); • MALDI-TOF/TOF; • ESI-三重四级杆； • ESI-离子阱； • ESI-四级杆（Q）-TOF; • ESI-Q-离子阱； • ESI-MALDI-线性离子阱（LTQ）; • FT-ICR（造价最贵）
• Highly reproducible
• Quantify but not identify
• Detect post-translational
modifications
基于质谱的蛋白质鉴定
Transcriptomics
转录组学是一门研究细胞中基因转录 情况及转录调控规律的学科。
Proteomics
不是十万个
Cataloguing Proteomics • Protein catalogue--what proteins are there in a cell, tissue,organelle, etc.
质荷比范围非常宽，适合于生物大分子，灵敏度高，适合作第二级， 速度快，结构简单；分辨率随质荷比的增加而降低
TOF分析器
MALDI-TOF MS示意图。由MALDI离子源产生的离子经过栅极加速，以一定的速度 进入无场飞行管。飞行速度是离子质量的函数，如采用线性检测器，可利用检测器 测定离子的飞行时间。离子反射器可充当“电子反射镜”的作用，使离子转向并以重 聚焦的方式进入第二个检测器。
蛋白质组学传达了什么信息？
1. 特定细胞组织中的任意时间存在的全部蛋白； 2. 蛋白蛋白相互作用的大规模研究； 3. 提供医学诊断和预防的新途径（例：体液蛋白质分析）； 4. 补充现有医学技术，如：免疫蛋白质组学，了解药物的作
用及副作用； 5. 宏蛋白质组学：鸟枪法分析微生物物种混合物。
• In expensive sample • Low MW Proteins
prep
(<7kDa)
• Membrane proteins • Not Quantitative
• High MW proteins
(>100 kDa)
Principle of 2-D Gel Electrophoresis
Mass Spectrometry Based Techniques
质谱分析
• 高质量精确性和高分辨率； • 蛋白质鉴定：肽质量指纹谱和肽段碎片； • 定量分析：发现生物标记物，而且可以研
究内外因微扰引起的蛋白质组的内在变化； • 蛋白质表征方面：蛋白质的翻译后修饰对
细胞内的多个过程起到关键的调控作用。
样品流经被施加高压的喷雾针——液滴表面聚集大量相同电荷——由于静电排斥作用， 分裂成大量电荷的小液滴——通过对流热气体时，溶剂蒸发，小液滴进一步变小—— 表面电荷密度增加——当达到瑞利极限时，液滴分裂、缩小——反复进行——只剩下带 电分析物分子——单电荷和多电荷的混合物——因为以液态形式引入可与液相色谱仪 （LC）连用。
尚未清楚？
1. 低丰度、质量大、极酸、碱性蛋白检测—样品 分级；
2. 蛋白相互作用组不可能比较---蓝绿温和胶电泳 法；
3. 无法实时监测蛋白质组变化---高倍率显微镜活 细胞分析；
4. 半定量； 5. 产生普通型和标准型蛋白质组数据； 6. 需采用先进的统计学方法进行数据分析； 7. 数据解释仍是瓶颈问题。
MS 概述
1.离子化 2.质量分析 3.仪器
质谱仪框图
真空系统 加速区
计算机数据
Output
分析
进样系统 Sample Inlet
离子源
Ionisation source
质量分析器 Ion separation
检测器
Detector
离子化的方法
电子轰击电离 化学离子化 场电离，场解吸
Electron Impact Ionization, EI Chemical Ionization, CI Field Ionization FD, Field Desorption FD
their localization, modifications, interactions, activities, and, ultimately, their function.”
-Stan Fields in Science, 2001.
什么是蛋白质组学
Genomics
基因组学,研究生物基因组和如何 利用基因的一门学问。用于概括 涉及基因作图、测序和整个基因 组功能分析（后基因组学）的遗 传学分支。
Proteomics
蛋白质组学
2006-2012蛋白质组学论文数
论文数
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 年份
什么是蛋白质组学
“Proteomics includes not only the identification and quantification of proteins, but also the determination of
扫描速度: 离子检测速度即质谱仪获取数据的速度
扇形磁场质量分析器(Magnetic sector)
电场加速后 zV=(1/2)m2
(z-电荷；V-电压 m-质量；-速度)
磁场中 Bz = m2/r
(B-磁场强度； r-半径)
m/z=B2r2/2V
扫描B/V来获得质谱图
质量分析器使用扇型磁场，结构简单，操作方便；分辨率低
蛋白质组学技术
蛋白质鉴定
质谱鉴定蛋白质的原理及具体流程 数据分析软件 (Sequest, X!tandem, TPP)
比较蛋白质组学
双向凝胶电泳 LC-MS/MS
2DE-MALDI-TOF/TOF
双向差异凝胶电泳(DIGE)
同位素标记技术 无标记定量技术 初分离技术--SDS-Page, antibody column, PF2D
飞行时间质谱议(time of flight,TOF)
用一个脉冲将离子源中的离子瞬间引出，经加速电压加速，它们 具有相同的动能进入漂移管，质荷比小的离子具n Source
Drift Region
Reflection
Detector
由杆和圆环形的电极（环形 排列）组成电多极。离子均 储存在离子阱中，通过增加 射频电压最高值，离子按
m/z值不断增加的顺序排出
并进入监测器，即质量-选
择不稳定型模式，m/z值与
MALDI适用于生物大分 子，如肽类，核酸类化合物, 可得到分子离子峰，无明显 碎片峰。此电离方式特别适 合于飞行时间质谱议。
电喷雾电离
ElectroSpray Ionization(ESI)
主要应用于高效液相色谱HPLC与质谱仪的联用。从雾化器套 管的毛细管端喷出的带电液滴，随着溶剂的不断快速蒸发， 液滴迅速变小，表面电荷密度不断增大。由于电荷间的排斥 作用，就会排出溶剂分子，得到样品的准分子离子。通常小 分子得到带单电荷的准分子离子，而大分子则得到多种多电 荷离子，检测质量可提高几十倍，通常无碎片离子峰，只有 整体分子的峰，有利于生物大分子的质谱测定。
质量分析器
根据离子质荷比进行分离
扇形磁场质量分析器 Magnetic sector
飞行时间
Time Of Fight, TOF
四极杆
Quadrupole
离子阱
Ion traps
傅里叶变换离子回旋共振 Fourier transform ion cyclotron resonance， FTICR
四极杆质量分析器（Quadrupole Mass Analyzer）
由四跟平行的棒状电极组成而得名。相对的两个电极组成一对， 两对都带有射频电压（RF）和直流电压（DC），只是极性相反。 四极滤质器在质量选择的稳定模型下运作：在一定RF和DC下，仅
一种m/z值的离子能通过滤质器。通过RF和DC的振幅的不断改变 ，四极杆按一定顺序选择某些m/z值的离子依次通过滤质器并达 到监测器，而其它m/z值离子将从过滤器中去除
质谱仪的主要技术指标
质量范围： 指质谱议所检测的单电荷离子的质荷比范围
分辨率（R）：分辨率是质谱议分开相邻两离子质量的能力。 R = m /m
m为质谱议可分辨的相邻两峰的质量差 m为可分辨的相邻两峰的平均质量
质量精确度： 定义了生物分析物质量的测量值与实际分子 量的接近程度（用百万分率表示，ppm）
• <7,000 and >130,000 Da
• Quantitative comparisons of • Strongly hydrophobic
~2000 proteins on one gel • Simplified comparison
between gels
Highly basic proteins • Difficult to automate • Multiple proteins per spot
数据验证
Quantitative Proteomics Gel-based MS-based
Gel Based Techniques
1D Gel Analysis
1D Gel Analysis
• Strengths:
• Limitations:
• Simple
• Limited resolution
表面增强激光解吸电离 Surface Enhanced Laser Desorption and Ionization,
SELDI
基质辅助激光解析电离
Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)