蛋白质组学是对蛋白质及其结构、功能、相互作用和修饰的大规模研究。与相对静态的基因组不同，蛋白质组是动态的，反映了细胞的状态，蛋白质的表达、定位、修饰和更新都受到调控。
质谱原理
质谱 测量电离分子的质荷比。质谱仪具有三个基本组件。离子源将分子转化为气相离子。质量分析仪根据离子的质荷比来分离离子。检测器测量每个离子的丰度。通常使用电喷雾电离或基质辅助激光解吸电离来分析蛋白质和肽。
电喷雾电离从溶液中的肽产生多电荷离子，产生一系列峰，从中可以计算分子质量。 MALDI 通常从掺入晶体基质中的肽中产生单电荷离子，并通过激光脉冲解吸。这两种方法都是软电离技术，可以保持分析物的完整性。
质量分析仪
蛋白质组学中使用了多种质量分析仪类型。四极杆滤质器通过具有振荡电场的四个平行杆传输选定质荷比的离子。飞行时间分析仪测量离子行进固定距离所需的时间，较轻的离子到达速度更快。 Orbitrap 分析仪将离子捕获在静电场中并测量其振荡频率，从而提供高分辨率和质量精度。离子阱分析仪将离子限制在三维电场中并依次喷射它们。混合仪器结合了多种分析仪类型，例如四极杆 Orbitrap 或三重四极杆仪器，为不同的实验策略提供了灵活性。
自下而上的蛋白质组学
自下而上的蛋白质组学分析消化成肽后的蛋白质（通常通过 SDS-PAGE 或 [毛细管区带电泳](/guides/capillary-zone- electrophoresis) 分离），通常使用胰蛋白酶，在精氨酸和赖氨酸残基后进行切割。通过液相色谱法分离所得肽混合物并通过串联质谱法进行分析。在数据依赖性采集中，质谱仪选择最丰富的肽离子，通过碰撞诱导解离进行碎片化。根据蛋白质序列数据库搜索所得碎片离子光谱，以识别肽及其母体蛋白质。
串联质谱法
在串联质谱法中，选择特定质荷比的前体离子并将其碎片化，然后测量碎片离子质量。碰撞诱导的解离主要在酰胺键处使肽片段化，产生 b 和 y 离子。相邻 y 离子或 b 离子之间的质量差异揭示了氨基酸序列。高能裂解方法（例如电子转移解离）提供补充信息，保留不稳定的翻译后修饰。
蛋白质鉴定
串联质谱中的蛋白质鉴定使用数据库搜索引擎，例如 Mascot、Sequest 或 MaxQuant。将观察到的碎片离子质量与数据库中蛋白质序列的计算机消化产生的理论光谱进行比较。统计分析确定每个识别的置信度。从头测序直接从质谱中得出肽序列，无需数据库，用于具有未测序基因组的生物体或用于识别新肽。
定量蛋白质组学
定量蛋白质组学测量不同条件下蛋白质丰度的变化。基于标记的方法引入了通过质量位移来区分的稳定同位素标记。 SILAC 通过细胞培养中的代谢标记掺入同位素标记的氨基酸。 TMT 和 iTRAQ 使用化学标签，在裂解过程中释放报告离子，允许对多达 16 个样品进行多重定量。无标记定量比较运行期间的肽离子强度或光谱计数，需要仔细标准化。
翻译后修饰分析
质谱法特别适合识别和定位翻译后修饰。通过 80 Da 的特征质量增加和断裂过程中磷酸的中性损失来检测磷酸化。分析前使用固定金属亲和层析或二氧化钛层析等富集方法来纯化磷酸肽。糖基化更具挑战性，因为糖肽断裂性差且聚糖结构不均匀。电子转移解离等专门的断裂方法可保留聚糖-肽键，从而实现位点特异性分析。
临床蛋白质组学
临床蛋白质组学将蛋白质组学技术应用于医学问题。生物标志物的发现可识别疾病中丰度变化的蛋白质，从而有可能使用 ELISA 等技术进行早期诊断或治疗监测。组织蛋白质组学分析福尔马林固定、石蜡包埋的临床标本。由于蛋白质浓度的巨大动态范围，血浆蛋白质组学面临挑战，仅白蛋白就占总蛋白质的一半以上。深度血浆蛋白质组分析通常需要大量蛋白质的亲和力耗尽和广泛的分级分离。
