蛋白质组学和质谱研究的发展史
蛋白质组学
蛋白质组学的定义
蛋白质组学（proteomics) 的概念首先于1994 年由Marc Wilkins 等学者提出，蛋白质组泛指一个生物体内或者组织、器官内全部的蛋白质。从分析化学的角度看，蛋白质组学包括对蛋白质组的定性，定量及功能分析。定性分析主要包括3 个部分：
- 鉴定蛋白质的种类
- 鉴定蛋白质的翻译后修饰
- 蛋白质相互作用
蛋白质组学的研究内容
生物学的研究始终围绕着中心法制(Centeral Dogma) 而展开。从基因的转录到蛋白的翻译，再到功能的执行，蛋白质组衔接着转录组和代谢组。
四大组学之间的关系
- 1994年国际上首次提出，指一个细胞、一种组织或一种生物体的基因组所表达的全部蛋白质
- 与传统蛋白质研究相比，蛋白质组学研究的本质是在大规模的水平上对蛋白质进行高通量、系统性的研究
蛋白质组学研究分类
表达蛋白质组学
- 采用高通量的蛋白质组学研究技术分析细胞、组织和生物体内尽可能多乃至于接近所有的蛋白质，对这些蛋白质进行分离、识别、定量、定位，从而构建某个细胞、 组织或生物体全蛋白质的表达谱。
功能蛋白质组学
以某种特定细胞、组织或生物体为对象，研究蛋白质的翻译后修饰、蛋白质结构、蛋白质的定位及表达水平差异与功能之间的关系，研究蛋白质之间的相互作用及其意义，构建蛋白质功能网络
蛋白质组学的应用
生命科学
- 细胞生物学
- 分子生物学
- 结构生物学
生物医学
- 寻找分子标记和药物靶标
- 大规模的分子相互作用
农林牧渔
- 蛋白质种类丰度和风味度关系
- 蛋白质与肉品质
蛋白质组学面临的挑战
蛋白质组学样品特征
- 样品量有限 (μg级)
- 动态范围宽 (>10个数量级)
- 高度复杂 (成千上万种蛋白)
- 高强度测试 (样本数目多)
检测特征
- 仅有10%左右的质谱数据可以得到肽鉴定的结果
- 非标记定量（label free)定量依赖于MS1的信号强度，不同样品上样顺序不同
- 标记定量存在标记效率和标记种类有限的问题
- 海量的翻译后修饰使得数据的解析面临巨大的困难
蛋白质组学的研究利器——质谱
早在20 世纪80 年代，就有科学家尝试用串联质谱(Tandem Mass Spectrometry,MS/MS) 进行蛋白质或者多肽的测序。在2000 年前后，质谱的方法就逐渐取代传统的Edman 降解法用于蛋白质的测序。随着基因组学的发展，越来越多的物种的基因组被解析，蛋白质序列的数据库也逐渐建立，如Uniprot。
质谱
质谱分析法（Mass Spectrometry，MS）是将样品离子化后，通过质量分析器测定样品的分子离子及碎片的质量数，最终确定样品的相对分子质量或分子结构的方法。蛋白质组学到研究始终依赖于质谱。我们可以经常看到HPLC-MS,LC/ESI-MS之类的缩写,HPLC 代表高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography)，是一种分离方法，ESI 代表点喷雾离子源(Electron Spray Ionization)，是一种离子化的方法，“-” 代表串联,MS 代表质谱(Mass Spectrometry)。
目前在蛋白质组学领域，最常用的是纳流液相色谱串联二级质谱（nanoLC/ESI-MS/MS)。
质谱仪的种类很多，但是基本结构相同，分为样品导入系统，离子源，质量分析器，检测器和数据分析系统。
质谱系统
针对蛋白质组学的研究，进样系统通常是纳流液相，离子源常用电喷雾电离(ESI)，少见基质辅助激光解析电离(MALDI)。质量分析器是质谱仪最重要的组成部分，其种类较多，包括磁场式分析器和电场式分析器磁场质量分析器包括扇形磁场质量分析器和傅立叶变换离子回旋共振质量分析器，电场式质量分析器包括飞行时间质量分析器(TOF)、四极杆质量分析器(Quadrupole), 四极离子阱质量分析器(Quadrupole on Trap)、轨道阱质量分析器(Orbitrap) 等，大部分电场式质量分析器具有体积小的优点。
以质谱为基础的的蛋白质组学分析，从概念上可以分为“自下而上” 与“自上而下” 两种。
自下而上(Bottom-Up) 是用水解酶，将蛋白质降解成多肽，进而离子化进行串联质谱分析。自上而下(Top-Down) 是直接离子化蛋白并以串联质谱直接裂解进行分析。目前主流的分析方法都是基于Bottom-Up 的方法，先确定多肽的序列，再比对回数据库确定该多肽归属于哪种蛋白。
