蛋白质组学基础： 质谱中肽段主要碎裂方式
2025-05-12 来源:本站 点击次数:106蛋白被酶切为长短不一的肽段后，经过ESI等离子源电离，成为带有若干正电荷的母离子（precursor），然后通过离子通道进入质谱完成MSn谱图扫描。根据不同的分析需求，可以选择不同的母离子碎裂方法，如 CID/HCD、ETD等。每种碎裂方法产生不完全相同的碎片离子，借助这些离子的互补信息可实现全面的蛋白序列表征。
01 CID/HCD
碰撞诱导解离( Collision Induced Dissociation, CID ) ，也称为碰撞活化解离(Collision Activation Dissociation, CAD ) ，基本原理是母离子进入质谱后，在电场中加速以增加离子动能，然后与中性分子（通常是氦、氮或氩）碰撞。在碰撞过程中，部分动能转化为内能，导致肽骨架的化学键断裂，形成碎片离子。高能碰撞解离 (High-Energy Collision Dissociation，HCD)与CID原理相同，一般在Orbitrap类仪器中使用。CID/HCD主要产生靠近肽段N端的b离子和靠近C端的y离子，是自下而上的蛋白质组学中最主流的碎裂方式（图1）。
图1 CID/HCD碎片离子示意图
02 ECD
电子捕获解离（Electron capture dissociation，ECD）与传统的串联质谱技术互补，主要用于FT-ICR质谱。二硫键通常对振动解离稳定，但在 ECD 中优先断裂，快速且具有特异性，且不稳定的翻译后修饰和非共价键在主链键解离后也能保持完整。结合ECD，可以实现更高的序列覆盖，在一定能量下，也可以区分异亮氨酸和亮氨酸。ECD 的主要应用领域包括DNA预测蛋白质序列的Top-down验证、从头测序、二硫键分析以及翻译后修饰分析。
图2 ECD碎片离子示意图
03 ETD/EAD
电子转移解离（Electron Transfer Dissociation，ETD）通过将阴离子基团的电子转移到多肽阳离子上来诱导肽段碎裂。由于ETD会诱导肽/蛋白质主链上酰胺键的断裂，因此会产生互补的c离子和z离子（图3）。由于ETD和CID/HCD产生的序列信息是互补的，因此通常会结合这两种方法，以提高序列覆盖率和翻译后修饰的鉴定（如糖基化）。
电子活化解离（Electron Activation Dissociation，EAD）是基于自由电子转移实现肽段碎裂的，调节EAD电子能量可适用从单电荷小分子到多电荷大分子的检测。低能量EAD可用于top down表征完整蛋白的关键结构属性。中能量EAD可以保留PTMs的关键离子。高能EAD可用于小分子（如内源性代谢物或药物代谢产物）的特异性鉴定。
图3 ETD/EAD碎片离子示意图04 UVPD
紫外光诱导解离 (Ultraviolet Photodissociation, UVPD)是Thermo Scientific Tribrid质谱仪所独有的一种多肽裂解方法，与CID和HCD不同，母离子到达离子阱后，以激光脉冲的紫外线进行照射，光子直接被目标分子吸收，达到足够的激发态时，多肽即被裂解产生碎片离子。UVPD产生的碎片离子更加丰度，可用于完整蛋白的表征。
图4 UVPD碎片离子示意图（JACS Au 2023, 3, 8, 2123–2130）
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