蛋白质组学基础： 质谱中肽段主要碎裂方式_abio生物试剂品牌网
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）
Tips
PEAKS®软件对多种碎片离子产生的谱图均做了算法优化，以实现更高的谱图解析率，并且支持在同一个工作流中同时分析多个不同类型的数据。在读取数据时，用户根据分析需求设定即可。
我们将持续更新蛋白质组学相关基础知识，感兴趣的您敬请持续关注哦！
若您想深入了解PEAKS软件相关功能和应用，欢迎底部联系方式提交您的咨询信息！
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www.deepproteomics.cn（CN） 作为生物信息学的领军企业，BSI专注于蛋白质组学和生物药领域，通过机器学习和先进算法提供世界领先的质谱数据分析软件和蛋白质组学服务解决方案，以推进生物学研究和药物发现。我们通过基于AI的计算方案，为您提供对蛋白质组学、基因组学和医学的卓越洞见。旗下著名的PEAKS®️系列软件在全世界拥有数千家学术和工业用户，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，DeePImmu®️ 免疫肽组发现服务和抗体综合表征服务等。
联系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
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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PEAKS®软件对多种碎片离子产生的谱图均做了算法优化，以实现更高的谱图解析率，并且支持在同一个工作流中同时分析多个不同类型的数据。在读取数据时，用户根据分析需求设定即可。
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