蛋白質組學基礎： 質譜中肽段主要碎裂方式_abio生物試劑品牌網
蛋白被酶切為長短不一的肽段后，經過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入質譜完成MSn譜圖掃描。根據不同的分析需求，可以選擇不同的母離子碎裂方法，如 CID/HCD、ETD等。每種碎裂方法產生不完全相同的碎片離子，借助這些離子的互補信息可實現全面的蛋白序列表征。
01 CID/HCD
碰撞誘導解離( 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入質譜后，在電場中加速以增加離子動能，然后與中性分子（通常是氦、氮或氬）碰撞。在碰撞過程中，部分動能轉化為內能，導致肽骨架的化學鍵斷裂，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組學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）與傳統的串聯質譜技術互補，主要用于FT-ICR質譜。二硫鍵通常對振動解離穩定，但在 ECD 中優先斷裂，快速且具有特異性，且不穩定的翻譯后修飾和非共價鍵在主鏈鍵解離后也能保持完整。結合ECD，可以實現更高的序列覆蓋，在一定能量下，也可以區分異亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要應用領域包括DNA預測蛋白質序列的Top-down驗證、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
電子轉移解離（Electron Transfer Dissociation，ETD）通過將陰離子基團的電子轉移到多肽陽離子上來誘導肽段碎裂。由于ETD會誘導肽/蛋白質主鏈上酰胺鍵的斷裂，因此會產生互補的c離子和z離子（圖3）。由于ETD和CID/HCD產生的序列信息是互補的，因此通常會結合這兩種方法，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）是基于自由電子轉移實現肽段碎裂的，調節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表征完整蛋白的關鍵結構屬性。中能量EAD可以保留PTMs的關鍵離子。高能EAD可用于小分子（如內源性代謝物或藥物代謝產物）的特異性鑒定。
圖3 ETD/EAD碎片離子示意圖
04 UVPD 紫外光誘導解離 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid質譜儀所獨有的一種多肽裂解方法，與CID和HCD不同，母離子到達離子阱后，以激光脈沖的紫外線進行照射，光子直接被目標分子吸收，達到足夠的激發態時，多肽即被裂解產生碎片離子。UVPD產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
PEAKS?軟件對多種碎片離子產生的譜圖均做了算法優化，以實現更高的譜圖解析率，并且支持在同一個工作流中同時分析多個不同類型的數據。在讀取數據時，用戶根據分析需求設定即可。
我們將持續更新蛋白質組學相關基礎知識，感興趣的您敬請持續關注哦！
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www.deepproteomics.cn（CN） 作為生物信息學的領軍企業，BSI專注于蛋白質組學和生物藥領域，通過機器學習和先進算法提供世界領先的質譜數據分析軟件和蛋白質組學服務解決方案，以推進生物學研究和藥物發現。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質組學、基因組學和醫學的卓越洞見。旗下著名的PEAKS??系列軟件在全世界擁有數千家學術和工業用戶，包括：PEAKS?? Studio，PEAKS?? Online，PEAKS?? GlycanFinder, PEAKS?? AB，DeePImmu?? 免疫肽組發現服務和抗體綜合表征服務等。
聯系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
01 CID/HCD
碰撞誘導解離( 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入質譜后，在電場中加速以增加離子動能，然后與中性分子（通常是氦、氮或氬）碰撞。在碰撞過程中，部分動能轉化為內能，導致肽骨架的化學鍵斷裂，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組學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）與傳統的串聯質譜技術互補，主要用于FT-ICR質譜。二硫鍵通常對振動解離穩定，但在 ECD 中優先斷裂，快速且具有特異性，且不穩定的翻譯后修飾和非共價鍵在主鏈鍵解離后也能保持完整。結合ECD，可以實現更高的序列覆蓋，在一定能量下，也可以區分異亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要應用領域包括DNA預測蛋白質序列的Top-down驗證、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
電子轉移解離（Electron Transfer Dissociation，ETD）通過將陰離子基團的電子轉移到多肽陽離子上來誘導肽段碎裂。由于ETD會誘導肽/蛋白質主鏈上酰胺鍵的斷裂，因此會產生互補的c離子和z離子（圖3）。由于ETD和CID/HCD產生的序列信息是互補的，因此通常會結合這兩種方法，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）是基于自由電子轉移實現肽段碎裂的，調節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表征完整蛋白的關鍵結構屬性。中能量EAD可以保留PTMs的關鍵離子。高能EAD可用于小分子（如內源性代謝物或藥物代謝產物）的特異性鑒定。
圖3 ETD/EAD碎片離子示意圖
04 UVPD 紫外光誘導解離 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid質譜儀所獨有的一種多肽裂解方法，與CID和HCD不同，母離子到達離子阱后，以激光脈沖的紫外線進行照射，光子直接被目標分子吸收，達到足夠的激發態時，多肽即被裂解產生碎片離子。UVPD產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）
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