مطيافية الكتلة الترادفية

مطيافية الكتلة الترادفية ، والمعروفة أيضًا باسم MS/MS أو MS ² ، هي تقنية في التحليل الآلي حيث يتم تنفيذ مرحلتين أو أكثر من التحليل باستخدام محلل كتلة واحد أو أكثر مع خطوة تفاعل إضافية بين هذه التحليلات لزيادة قدرتها على تحليل العينات الكيميائية. ^[1] الاستخدام الشائع لمطيافية الكتلة الترادفية هو تحليل الجزيئات الحيوية ، مثل البروتينات والببتيدات .

يتم تأين جزيئات عينة معينة ويفصل المطياف الأول (المسمى MS1 ) هذه الأيونات حسب نسبة كتلتها إلى شحنتها (غالبًا ما تُعطى على أنها m/z أو m/Q). يتم اختيار الأيونات ذات نسبة كتلة/z معينة القادمة من MS1 ثم يتم تقسيمها إلى أيونات شظايا أصغر ، على سبيل المثال عن طريق التفكك الناتج عن الاصطدام أو تفاعل الأيون والجزيء أو التفكك الضوئي . ثم يتم إدخال هذه الشظايا في مطياف الكتلة الثاني ( MS2 )، والذي بدوره يفصل الشظايا حسب نسبة كتلة/z ويكتشفها . تتيح خطوة التفتت تحديد وفصل الأيونات التي لها نسب كتلة/z متشابهة جدًا في مطياف الكتلة العادي.

تشتمل إعدادات أجهزة مطياف الكتلة الترادفية النموذجية على مطياف الكتلة الرباعي الثلاثي (QqQ)، ومطياف الكتلة متعدد القطاعات ، وفخ الأيونات، وزمن الرحلة الرباعي (Q-TOF)، ورنين السيكلوترون الأيوني بتحويل فورييه (FT-ICR)، وأجهزة مطياف الكتلة الهجينة. ^[2]

تستخدم أجهزة قياس الكتلة الرباعية القطبية الثلاثية القطبين الرباعيين الأول والثالث كمرشحات كتلة. وعندما تمر المواد المحللة عبر القطب الرباعي الثاني، تستمر عملية التفتت من خلال الاصطدام بالغاز. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يجمع مطياف الكتلة Q-TOF بين أجهزة رباعية الأقطاب وأجهزة TOF، والتي تعمل معًا على تمكين تجارب التفتت التي تنتج كميات كتلة دقيقة للغاية لأيونات المنتج. هذه طريقة لقياس الطيف الكتلي يتم فيها تحديد نسب الأيونات المتفتتة ( m / z ) من خلال قياس زمن الرحلة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يتكون مطياف الكتلة الهجين من أكثر من محللين للكتلة.

يمكن إنجاز مراحل متعددة من فصل تحليل الكتلة باستخدام عناصر مطياف الكتلة الفردية المنفصلة في الفراغ أو باستخدام مطياف كتلة واحد مع خطوات مطياف الكتلة المنفصلة في الوقت. بالنسبة لمطياف الكتلة المترادف في الفراغ، غالبًا ما يتم تدوين العناصر المختلفة في اختصار، مما يعطي نوع محدد الكتلة المستخدم. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في مطيافية الكتلة الترادفية في الفضاء ، تكون عناصر الفصل منفصلة ومتميزة ماديًا، على الرغم من وجود اتصال مادي بين العناصر للحفاظ على فراغ عالٍ . يمكن أن تكون هذه العناصر قطاعات ، أو رباعيات أقطاب نقل ، أو زمن طيران. عند استخدام رباعيات أقطاب متعددة، يمكنها أن تعمل كمحللات كتلة وغرف تصادم. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الترميز الشائع لمحللي الكتلة هو Q - محلل كتلة رباعي الأقطاب؛ q - محلل كتلة رباعي الأقطاب لتصادم الترددات الراديوية ؛ TOF - محلل كتلة زمن الرحلة ؛ B - القطاع المغناطيسي، و E - القطاع الكهربائي. يمكن دمج الترميز للإشارة إلى العديد من الأجهزة الهجينة، على سبيل المثال QqQ' - مطياف كتلة رباعي الأقطاب ثلاثي ؛ QTOF - مطياف كتلة رباعي الأقطاب لزمن الرحلة (يُعرف أيضًا باسم QqTOF )؛ و BEBE - مطياف كتلة رباعي القطاعات (هندسة عكسية).

من خلال إجراء مطيافية الكتلة الترادفية في الوقت المناسب ، يتم الفصل مع الأيونات المحاصرة في نفس المكان، مع حدوث خطوات فصل متعددة بمرور الوقت. يمكن استخدام مصيدة الأيونات الرباعية أو جهاز الرنين السيكلوتروني للأيونات بتحويل فورييه (FTICR) لمثل هذا التحليل. ^[3] يمكن لأجهزة الاحتجاز إجراء خطوات متعددة من التحليل، والتي يشار إليها أحيانًا باسم MS ⁿ (MS إلى n ). ^[4] غالبًا ما لا يتم الإشارة إلى عدد الخطوات، n ، ولكن في بعض الأحيان يتم تحديد القيمة؛ على سبيل المثال يشير MS ³ إلى ثلاث مراحل من الفصل. لا تستخدم أجهزة مطيافية الكتلة الترادفية في الوقت الأوضاع الموضحة أدناه، ولكنها تجمع عادةً كل المعلومات من مسح الأيونات السابقة ومسح الأيونات الأصلية للطيف بأكمله. يستخدم كل تكوين جهازي وضعًا فريدًا لتحديد الكتلة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عندما يتم إجراء القياس الطيفي الترادفي باستخدام تصميم في الفضاء، يجب أن يعمل الجهاز في أحد الأوضاع المتنوعة. هناك عدد من الإعدادات التجريبية الترادفية المختلفة لكل من القياس الطيفي الترادفي/القياس الطيفي ولكل وضع تطبيقاته الخاصة ويوفر معلومات مختلفة. يستخدم القياس الطيفي الترادفي في الفضاء اقتران مكونين للجهاز يقيسان نفس نطاق طيف الكتلة ولكن مع تجزئة محكومة بينهما في الفضاء، بينما يتضمن القياس الطيفي الترادفي في الوقت استخدام مصيدة أيونات . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

هناك أربع تجارب مسح رئيسية ممكنة باستخدام MS/MS: مسح أيونات السلف، ومسح أيونات المنتج، ومسح الخسارة المحايدة، ومراقبة التفاعل المحدد.

بالنسبة لمسح أيون السلف، يتم تحديد أيون المنتج في محلل الكتلة الثاني، ويتم مسح كتل السلف في محلل الكتلة الأول. لاحظ أن أيون السلف ^[5] مرادف للأيون الأصلي ^[6] وأيون المنتج ^[7] مرادف للأيون الابن؛ ^[8] ومع ذلك، لا يُنصح باستخدام هذه المصطلحات المجسمة. ^{[9] [10]}

في مسح أيونات المنتج، يتم اختيار أيون سابق في المرحلة الأولى، ويُسمح له بالتفتيت ثم يتم مسح جميع الكتل الناتجة في محلل الكتلة الثاني واكتشافها في الكاشف الموجود بعد محلل الكتلة الثاني. يتم إجراء هذه التجربة عادةً لتحديد التحولات المستخدمة للقياس الكمي بواسطة MS الترادفية.

في مسح الخسارة المحايدة، يقوم محلل الكتلة الأول بمسح جميع الكتل. يقوم محلل الكتلة الثاني أيضًا بالمسح، ولكن بإزاحة محددة من محلل الكتلة الأول. ^[11] يتوافق هذا الإزاحة مع خسارة محايدة يتم ملاحظتها عادةً لفئة المركبات. في مسح الخسارة المحايدة الثابتة، تتم مراقبة جميع المركبات السابقة التي تخضع لخسارة محايد مشترك محدد. للحصول على هذه المعلومات، يتم مسح كلا محللي الكتلة في وقت واحد، ولكن بإزاحة كتلة تتوافق مع كتلة المحايد المحدد. على غرار مسح الأيونات السلفية، تكون هذه التقنية مفيدة أيضًا في التعرف الانتقائي على فئة المركبات ذات الصلة الوثيقة في خليط.

في مراقبة التفاعل المحدد ، يتم ضبط كلا المحللين الكتليين على كتلة محددة. هذا الوضع مشابه لمراقبة الأيونات المحددة لتجارب MS. وضع تحليل انتقائي، والذي يمكن أن يزيد من الحساسية. ^[12]

إن تفتيت الأيونات في الطور الغازي أمر ضروري في مطيافية الكتلة الترادفية ويحدث بين مراحل مختلفة من تحليل الكتلة. هناك العديد من الطرق المستخدمة لتفتيت الأيونات ويمكن أن تؤدي هذه الطرق إلى أنواع مختلفة من التفتيت وبالتالي معلومات مختلفة حول بنية وتركيب الجزيء. ^[13]

غالبًا ما تكون عملية التأين عنيفة بدرجة كافية لترك الأيونات الناتجة بطاقة داخلية كافية للتفتت داخل مطياف الكتلة. إذا استمرت أيونات المنتج في حالتها غير المتوازنة لمدة معتدلة من الوقت قبل التفكك التلقائي، تسمى هذه العملية بالتفتت غير المستقر . ^[14] يشير تفتيت الفوهة-المزيل إلى التحريض المتعمد للتفتيت داخل المصدر عن طريق زيادة جهد الفوهة-المزيل على الأجهزة القائمة عادةً على الرش الكهربائي . على الرغم من أن التفتيت داخل المصدر يسمح بتحليل التفتيت، إلا أنه ليس من الناحية الفنية مطياف كتلة مترادف ما لم يتم تحليل كتلة الأيونات غير المستقرة أو تحديدها قبل التفكك التلقائي ويتم إجراء مرحلة ثانية من التحليل على الشظايا الناتجة. يمكن استخدام التفتيت داخل المصدر بدلاً من مطياف الكتلة الترادفية من خلال الاستفادة من تقنية الشرح المحسن للتفتيت داخل المصدر (EISA) التي تولد تفتيتًا يتطابق بشكل مباشر مع بيانات مطياف الكتلة الترادفية. ^[15] تتمتع الشظايا التي رصدتها EISA بكثافة إشارة أعلى من الشظايا التقليدية التي تعاني من خسائر في خلايا التصادم في أجهزة قياس الطيف الكتلي الترادفية. ^[16] تمكن EISA من الحصول على بيانات التفتت على أجهزة تحليل الكتلة MS1 مثل أجهزة قياس زمن الرحلة وأجهزة رباعية الأقطاب. غالبًا ما يتم استخدام التفتت داخل المصدر بالإضافة إلى مطياف الكتلة الترادفية (مع التفتت بعد المصدر) للسماح بخطوتين من التفتت في تجربة شبه MS ^{3. [17]}

غالبًا ما يتم استخدام تجزئة ما بعد المصدر في تجربة مطياف الكتلة الترادفية. يمكن أيضًا إضافة الطاقة إلى الأيونات، والتي عادةً ما تكون مثارة اهتزازيًا بالفعل، من خلال تصادمات ما بعد المصدر مع ذرات أو جزيئات محايدة، أو امتصاص الإشعاع، أو نقل أو التقاط إلكترون بواسطة أيون مشحون متعدد. يتضمن التفكك الناتج عن التصادم (CID)، والذي يُسمى أيضًا التفكك المنشط بالتصادم (CAD)، تصادم أيون مع ذرة أو جزيء محايد في الطور الغازي والتفكك اللاحق للأيون. ^{[18] [19]} على سبيل المثال، ضع في اعتبارك

${\displaystyle {\ce {{AB+}+ M -> {A}+ {B+}+ M}}}$

حيث يصطدم الأيون AB ⁺ بالنوع المحايد M ثم ينفصل بعد ذلك. يتم وصف تفاصيل هذه العملية من خلال نظرية الاصطدام . نظرًا للتكوينات المختلفة للأجهزة، من الممكن وجود نوعين رئيسيين مختلفين من CID: (i) نوع الشعاع (حيث يتم تفتيت الأيونات السابقة أثناء الطيران) ^[20] و (ii) نوع مصيدة الأيون (حيث يتم حبس الأيونات السابقة أولاً، ثم تفتيتها). ^{[21] [22]}

النوع الثالث والأحدث من تفتيت CID هو التفكك التصادمي عالي الطاقة (HCD). HCD هي تقنية CID خاصة بمطياف الكتلة المداري حيث يحدث التفتت خارج مصيدة الأيونات، ^{[23] [24]} يحدث في خلية HCD (في بعض الأجهزة المسماة "متعدد أقطاب توجيه الأيونات"). ^[25] HCD هو تفتت من نوع المصيدة ثبت أنه يتمتع بخصائص نوع الشعاع. ^{[26] [27]} توجد قواعد بيانات مطياف الكتلة الترادفية عالية الدقة المتاحة مجانًا على نطاق واسع (على سبيل المثال METLIN مع 850000 معيار جزيئي لكل منها بيانات CID MS/MS التجريبية)، ^[28] وعادة ما تستخدم لتسهيل التعرف على الجزيئات الصغيرة.

يمكن للطاقة المنبعثة عندما يتم نقل الإلكترون إلى أيون مشحون متعدد أو التقاطه بواسطة أيون مشحون متعدد أن تسبب التفتت. ^[29]

إذا تمت إضافة إلكترون إلى أيون موجب مشحون بشكل مضاعف، يتم تحرير طاقة كولومب . تسمى إضافة إلكترون حر تفكك التقاط الإلكترون (ECD)، ^[30] ويتم تمثيلها بواسطة

${\displaystyle [{\ce {M}}+n{\ce {H}}]^{n+}+{\ce {e^{-}->}}\left[[{\ce {M}}+(n-1){\ce {H}}]^{(n-1)+}\right]^{*}{\ce {->fragments}}}$

لجزيء متعدد البروتونات M.

يُطلق على إضافة إلكترون من خلال تفاعل أيون-أيون اسم تفكك نقل الإلكترون (ETD). ^{[31] [32]} وعلى غرار تفكك التقاط الإلكترون، يحفز تفكك نقل الإلكترون تجزئة الكاتيونات (مثل الببتيدات أو البروتينات ) عن طريق نقل الإلكترونات إليها. وقد اخترعها دونالد ف. هانت وجوشوا كون وجون إي بي سايكا وجارود مارتو في جامعة فيرجينيا . ^[33]

لا يستخدم ETD الإلكترونات الحرة ولكنه يستخدم الأنيونات الجذرية (على سبيل المثال أنثراسين أو أزوبنزين ) لهذا الغرض:

${\displaystyle [{\ce {M}}+n{\ce {H}}]^{n+}+{\ce {A^{-}->}}\left[[{\ce {M}}+(n-1){\ce {H}}]^{(n-1)+}\right]^{*}+{\ce {A->fragments}}}$

حيث A هو الأنيون. ^[34]

تنقسم تقنية ETD بشكل عشوائي على طول العمود الفقري للببتيد (أيونات c وz) بينما تُترك السلاسل الجانبية والتعديلات مثل الفسفرة سليمة. تعمل هذه التقنية بشكل جيد فقط مع أيونات حالة الشحن الأعلى (z>2)، ومع ذلك، بالنسبة للتفكك الناتج عن الاصطدام (CID)، فإن تقنية ETD مفيدة لتفتيت الببتيدات الأطول أو حتى البروتينات الكاملة. وهذا يجعل هذه التقنية مهمة للتحليل البروتيني من أعلى إلى أسفل . ومثلها كمثل تقنية ECD، فإن تقنية ETD فعالة للببتيدات ذات التعديلات مثل الفسفرة. ^[35]

نقل الإلكترون وتفكك التصادم عالي الطاقة (EThcD) عبارة عن مزيج من ETD وHCD حيث يخضع سلائف الببتيد في البداية لتفاعل أيون/أيون مع أنيونات الفلورانثين في مصيدة أيونات خطية ، مما يولد أيونات c وz. ^{[31] [36]} في الخطوة الثانية، يتم تطبيق تجزئة أيونات HCD على جميع الأيونات المشتقة من ETD لتوليد أيونات b وy قبل التحليل النهائي في محلل مصيدة المدار. ^[23] تستخدم هذه الطريقة التفتيت المزدوج لتوليد الأيونات وبالتالي أطياف MS/MS غنية بالبيانات لتسلسل الببتيد وتحديد موقع PTM . ^[37]

يمكن أن يحدث التفتت أيضًا مع الأنواع المنزوعة البروتونات، حيث يتم نقل إلكترون من النوع إلى كاشف كاتيوني في تفكك نقل الإلكترون السلبي (NETD): ^[38]

${\displaystyle [{\ce {M}}-n{\ce {H}}]^{n-}+{\ce {A+->}}\left[[{\ce {M}}-n{\ce {H}}]^{(n+1)-}\right]^{*}+{\ce {A->fragments}}}$

بعد حدث النقل هذا، يخضع الأنيون الذي يفتقر إلى الإلكترون لإعادة ترتيب داخلي ويتفتت . NETD هو نظير أيون/أيون لانفصال الإلكترون (EDD).

يتوافق NETD مع تفتيت الببتيدات والبروتينات على طول العمود الفقري عند الرابطة C _{α -C.} عادةً ما تكون الشظايا الناتجة عبارة عن أيونات منتج من النوعين ^• - وx.

انفصال الإلكترون (EDD) هو طريقة لتفتيت الأنواع الأنيونية في مطيافية الكتلة. ^[39] إنه يعمل كوضع مضاد سلبي لانفصال التقاط الإلكترون. يتم تنشيط الأيونات المشحونة سلبًا عن طريق الإشعاع بإلكترونات ذات طاقة حركية معتدلة. والنتيجة هي طرد الإلكترونات من الجزيء الأيوني الأصلي ، مما يتسبب في التفكك عن طريق إعادة التركيب. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تم مؤخرًا إثبات التفاعل بين الببتيدات المشحونة إيجابيا والكواشف الكاتيونية، ^[40] والمعروف أيضًا باسم تفكك نقل الشحنة (CTD)، ^[41] كمسار تجزئة عالي الطاقة بديل للببتيدات ذات الحالة المنخفضة الشحن (1+ أو 2+). الآلية المقترحة لتفكك نقل الشحنة باستخدام كاتيونات الهيليوم ككاشف هي:

${\displaystyle {\ce {{[{M}+H]^{1}+}+He+->}}\left[{\ce {[{M}+H]^{2}+}}\right]^{*}+{\ce {He^{0}->fragments}}}$

تشير التقارير الأولية إلى أن CTD يسبب انقسام الرابطة C _α -C الأساسية للببتيدات ويوفر أيونات منتج من النوع ^• - وx.

يمكن إضافة الطاقة المطلوبة للتفكك عن طريق امتصاص الفوتون ، مما يؤدي إلى تفكك الأيونات ضوئيًا ويمثلها

${\displaystyle {\ce {{AB+}+{\mathit {h\nu }}->{A}+B+}}}$

حيث يمثل الفوتون الذي يمتصه الأيون. يمكن استخدام أشعة الليزر فوق البنفسجية، ولكنها قد تؤدي إلى تفتيت مفرط للجزيئات الحيوية. ^[42]${\displaystyle h\nu }$

ستسخن فوتونات الأشعة تحت الحمراء الأيونات وتسبب تفككها إذا تم امتصاص ما يكفي منها. تسمى هذه العملية تفكك الفوتونات المتعددة بالأشعة تحت الحمراء (IRMPD) ويتم إنجازها غالبًا باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون ومطياف كتلة محاصر للأيونات مثل FTMS . ^[43]

يمكن استخدام إشعاع الجسم الأسود للتفكك الضوئي في تقنية تُعرف باسم تفكك الأشعة تحت الحمراء للجسم الأسود (BIRD). ^[44] في طريقة BIRD، يتم تسخين حجرة التفريغ الخاصة بمطياف الكتلة بالكامل لإنشاء ضوء الأشعة تحت الحمراء . يستخدم BIRD هذا الإشعاع لإثارة اهتزازات أكثر نشاطًا للأيونات، حتى تنكسر الرابطة، مما يؤدي إلى تكوين شظايا. ^{[44] [45]} هذا مشابه لتفكك الفوتون المتعدد بالأشعة تحت الحمراء والذي يستخدم أيضًا ضوء الأشعة تحت الحمراء، ولكن من مصدر مختلف. ^[19] غالبًا ما يستخدم BIRD مع مطياف الكتلة الرنيني السيكلوتروني الأيوني بتحويل فورييه . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

مع التفكك المستحث بالسطح (SID)، يكون التفتت نتيجة لاصطدام أيون بسطح تحت فراغ عالٍ. ^{[46] [47]} اليوم، يتم استخدام SID لتفتيت مجموعة واسعة من الأيونات. منذ سنوات، كان من الشائع فقط استخدام SID على الأنواع ذات الكتلة المنخفضة والشحنة المفردة لأن طرق التأين وتقنيات محلل الكتلة لم تكن متقدمة بما يكفي لتشكيل أو نقل أو توصيف أيونات ذات m/z عالية بشكل صحيح. بمرور الوقت، أصبحت الأسطح أحادية الطبقة المجمعة ذاتيًا (SAMs) المكونة من CF ₃ (CF ₂ ) ₁₀ CH ₂ CH ₂ S على الذهب هي أكثر أسطح التصادم استخدامًا لـ SID في مطياف مترادف. عملت الأسطح أحادية الطبقة المجمعة ذاتيًا كأكثر أهداف التصادم المرغوبة نظرًا لكتلها الفعالة الكبيرة المميزة لتصادم الأيونات الواردة. بالإضافة إلى ذلك، تتكون هذه الأسطح من سلاسل فلوروكربون صلبة ، والتي لا تخفف بشكل كبير من طاقة أيونات المقذوفات. كما أن سلاسل الفلوروكربون مفيدة أيضًا بسبب قدرتها على مقاومة نقل الإلكترونات السهل من سطح المعدن إلى الأيونات الواردة. ^[48] إن قدرة SID على إنتاج معقدات فرعية تظل مستقرة وتوفر معلومات قيمة عن الاتصال لا تضاهيها أي تقنية تفكك أخرى. نظرًا لأن المعقدات الناتجة عن SID مستقرة وتحتفظ بتوزيع الشحنة على القطعة، فإن هذا ينتج أطيافًا فريدة يتركز حولها المركب توزيع م/ز أضيق. تعكس منتجات SID والطاقة التي تتشكل بها نقاط القوة وطوبولوجيا المركب. تساعد أنماط التفكك الفريدة في اكتشاف البنية الرباعية للمركب. إن توزيع الشحنة المتماثل والاعتماد على التفكك فريدان بالنسبة لـ SID ويجعلان الأطياف المنتجة مميزة عن أي تقنية تفكك أخرى. ^[48]

تُطبَّق تقنية SID أيضًا على مطيافية الكتلة لحركة الأيونات (IM-MS). تتضمن ثلاث طرق مختلفة لهذه التقنية تحليل خصائص الطوبولوجيا، والاتصال بين الوحدات الفرعية، ودرجة الكشف عن بنية البروتين. يُعد تحليل كشف بنية البروتين التطبيق الأكثر استخدامًا لتقنية SID. بالنسبة لمطيافية الكتلة لحركة الأيونات (IM-MS)، تُستخدم SID لتفكك السلائف المنشطة بالمصدر لثلاثة أنواع مختلفة من مجمعات البروتين: البروتين التفاعلي-سي (CRP)، والترانسثيريتين (TTR)، والكونكانافالين أ (Con A). تُستخدم هذه الطريقة لمراقبة درجة الكشف لكل من هذه المجمعات. لهذه الملاحظة، أظهرت SID هياكل الأيونات السلفية الموجودة قبل الاصطدام بالسطح. يستخدم IM-MS مطيافية الكتلة لحركة الأيونات (SID) كمقياس مباشر لتكوين كل وحدة فرعية من البروتينات. ^[49]

الرنين السيكلوتروني الأيوني لتحويل فورييه (FTICR) قادر على توفير دقة عالية للغاية ودقة كتلة عالية للأجهزة التي تأخذ قياسات الكتلة. تجعل هذه الميزات مطياف الكتلة FTICR أداة مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات مثل العديد من تجارب التفكك ^[50] مثل التفكك الناتج عن الاصطدام (CID، تفكك نقل الإلكترون (ETD)، ^[51] وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، تم تنفيذ التفكك الناتج عن السطح باستخدام هذا الجهاز لدراسة تفتت الببتيد الأساسي. على وجه التحديد، تم تطبيق SID لدراسة الطاقة وحركية تفتت الطور الغازي داخل جهاز ICR. ^[52] تم استخدام هذا النهج لفهم تفتت الطور الغازي للببتيدات البروتونية، وأيونات الببتيد ذات الإلكترونات الفردية، ومجمعات الببتيد-الربيطة غير التساهمية، ومجموعات المعادن المرتبطة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تُستخدم التحليلات البروتينية الكمية لتحديد الكمية النسبية أو المطلقة للبروتينات في العينة. ^{[53] [54] [55]} وتستند العديد من طرق التحليلات البروتينية الكمية إلى مطيافية الكتلة المترادفة. أصبحت مطيافية الكتلة/مطيافية الكتلة إجراءً مرجعيًا لتوضيح البنية للجزيئات الحيوية المعقدة. ^[56]

إحدى الطرق المستخدمة بشكل شائع في التحليل البروتيني الكمي هي وسم العلامات المتساوية الضغط. يتيح وسم العلامات المتساوية الضغط التعرف على البروتينات وتحديد كميتها في وقت واحد من عينات متعددة في تحليل واحد. لتحديد كمية البروتينات، يتم وسم الببتيدات بعلامات كيميائية لها نفس البنية والكتلة الاسمية، ولكنها تختلف في توزيع النظائر الثقيلة في بنيتها. تم تصميم هذه العلامات، التي يشار إليها عادةً باسم علامات الكتلة الترادفية، بحيث يتم شق علامة الكتلة في منطقة رابط محددة عند تفكك ناتج عن تصادم عالي الطاقة (HCD) أثناء مطيافية الكتلة الترادفية مما ينتج أيونات مراسلة ذات كتل مختلفة. يتم إنجاز تحديد كمية البروتين من خلال مقارنة شدة الأيونات المراسلة في أطياف MS/MS. هناك نوعان من العلامات المتساوية الضغط المتاحة تجاريًا هما كواشف iTRAQ وTMT. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

إن العلامة المتساوية الضغط للقياس النسبي والمطلق (iTRAQ) هي كاشف لقياس الطيف الكتلي الترادفي يستخدم لتحديد كمية البروتينات من مصادر مختلفة في تجربة واحدة. ^{[57] [58] [59]} وهي تستخدم جزيئات مستقرة تحمل علامات نظيرية يمكنها تكوين رابطة تساهمية مع الطرف الأميني وأمينات السلسلة الجانبية للبروتينات. تُستخدم كواشف iTRAQ لتمييز الببتيدات من عينات مختلفة يتم تجميعها وتحليلها باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة وقياس الطيف الكتلي الترادفي. تولد تجزئة العلامة المرفقة أيون مراسل منخفض الكتلة الجزيئية يمكن استخدامه لقياس الببتيدات والبروتينات التي نشأت منها نسبيًا. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

علامة الكتلة الترادفية (TMT) هي علامة كيميائية لعلامة الكتلة المتساوية الضغط تستخدم لقياس البروتين وتحديده. ^[60] تحتوي العلامات على أربع مناطق: مراسل الكتلة، ورابط قابل للانقسام، وتطبيع الكتلة، والمجموعة التفاعلية للبروتين. يمكن استخدام كواشف TMT لتحليل 2 إلى 11 عينة ببتيد مختلفة محضرة من الخلايا أو الأنسجة أو السوائل البيولوجية في وقت واحد. تسمح التطورات الأخيرة بتحليل ما يصل إلى 16 وحتى 18 عينة (16plex أو 18plex على التوالي). ^{[61] [62]} تتوفر ثلاثة أنواع من كواشف TMT بتفاعلات كيميائية مختلفة: (1) مجموعة وظيفية تفاعلية لإستر NHS لوسم الأمينات الأولية (TMTduplex، TMTsixplex، TMT10plex بالإضافة إلى TMT11-131C)، (2) مجموعة وظيفية تفاعلية من يودو أسيتيل لوسم السلفهيدريلات الحرة (iodoTMT) و(3) مجموعة وظيفية تفاعلية من ألكوكسي أمين لوسم الكربونيلات (aminoxyTMT).

مكّن التقدم في الاستحواذ المستقل عن البيانات (DIA) من إجراء تحليل بروتيني كمي متعدد الإرسال باستخدام علامات كتلة غير متساوية الضغط وطريقة جديدة تسمى plexDIA تم تقديمها في عام 2021. ^[63] يزيد هذا النهج الجديد من عدد نقاط البيانات عن طريق موازاة كل من العينات والببتيدات، وبالتالي تحقيق مكاسب مضاعفة. لديه القدرة على الاستمرار في توسيع نطاق إنتاجية التحليل البروتيني باستخدام علامات كتلة وخوارزميات جديدة. ^{[64] [65]} plexDIA قابل للتطبيق على كل من العينات السائبة ^[66] والعينات أحادية الخلية وهو قوي بشكل خاص لتحليل البروتينات أحادية الخلية. ^{[67] [68]}

يمكن استخدام مطيافية الكتلة الترادفية لتسلسل البروتين . ^[69] عندما يتم إدخال البروتينات السليمة إلى محلل الكتلة، يُطلق على هذا "تحليل البروتينات من أعلى إلى أسفل " وعندما يتم هضم البروتينات إلى ببتيدات أصغر ثم إدخالها إلى مطياف الكتلة، يُطلق على هذا "تحليل البروتينات من أسفل إلى أعلى ". تحليل البروتينات بالبندقية هو أحد أشكال تحليل البروتينات من أسفل إلى أعلى حيث يتم هضم البروتينات في خليط قبل الفصل وقياس الطيف الكتلي الترادفي. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يمكن أن تنتج مطيافية الكتلة الترادفية علامة تسلسل ببتيد يمكن استخدامها لتحديد ببتيد في قاعدة بيانات البروتين. ^{[70] [71] [72]} تم تطوير تدوين للإشارة إلى شظايا الببتيد التي تنشأ من طيف الكتلة الترادفية. ^[73] يشار إلى أيونات شظايا الببتيد بواسطة a أو b أو c إذا تم الاحتفاظ بالشحنة على الطرف N وبواسطة x أو y أو z إذا تم الاحتفاظ بالشحنة على الطرف C. يشير الرمز السفلي إلى عدد بقايا الأحماض الأمينية في الشظية. تُستخدم الرموز العلوية أحيانًا للإشارة إلى الخسائر المحايدة بالإضافة إلى تجزئة العمود الفقري، * لفقدان الأمونيا و° لفقدان الماء. على الرغم من أن انقسام العمود الفقري للببتيد هو الأكثر فائدة للتسلسل وتحديد الببتيد، إلا أنه يمكن ملاحظة أيونات شظايا أخرى في ظل ظروف تفكك عالية الطاقة. تتضمن هذه أيونات فقدان السلسلة الجانبية d وv وw وأيونات الأمونيوم ^{[74] [75]} وأيونات شظايا إضافية محددة للتسلسل مرتبطة ببقايا أحماض أمينية معينة. ^[76]

يمكن تسلسل السكريات القليلة باستخدام مطيافية الكتلة المترادفة بطريقة مماثلة لتسلسل الببتيد. ^[77] يحدث التفتت عمومًا على جانبي الرابطة الجليكوسيدية (أيونات b و c و y و z) ولكن أيضًا في ظل ظروف أكثر نشاطًا من خلال بنية حلقة السكر في انقسام الحلقة المتقاطعة (أيونات x). مرة أخرى، تُستخدم الفهارس السفلية المتأخرة للإشارة إلى موضع الانقسام على طول السلسلة. بالنسبة لأيونات انقسام الحلقة المتقاطعة، يتم الإشارة إلى طبيعة انقسام الحلقة المتقاطعة من خلال الفهارس العلوية السابقة. ^{[78] [79]}

تم تطبيق مطيافية الكتلة الترادفية على تسلسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي . ^{[80] [81]} وقد تم اقتراح تدوين لتفتيت الطور الغازي لأيونات الأوليجونوكليوتيد . ^[82]

فحص حديثي الولادة هو عملية اختبار الأطفال حديثي الولادة بحثًا عن الأمراض الوراثية والغدد الصماء والأيضية والدموية القابلة للعلاج . [ 83 ] [ 84 ^{] أدى} تطوير فحص مطياف الكتلة المترادف في أوائل التسعينيات إلى توسع كبير في الأمراض الأيضية الخلقية التي يمكن اكتشافها والتي تؤثر على مستويات الأحماض العضوية في الدم. ^[85]

تحليل الجزيئات الصغيرة

لقد ثبت أن بيانات مطيافية الكتلة الترادفية متسقة للغاية عبر الأجهزة ومنصات الشركة المصنعة بما في ذلك أجهزة زمن الرحلة الرباعية الأقطاب (QTOF) وأجهزة Q Exactive، وخاصة عند 20 إلكترون فولت. ^[86]

لا يمكن تطبيق مطيافية الكتلة المترادفة لتحليلات الخلية المفردة لأنها غير حساسة لتحليل مثل هذه الكميات الصغيرة من الخلية. ترجع هذه القيود في المقام الأول إلى مزيج من إنتاج الأيونات غير الفعّال وخسائر الأيونات داخل الأجهزة بسبب مصادر الضوضاء الكيميائية للمذيبات. ^[87]

ستكون مطيافية الكتلة المترادفة أداة مفيدة لتوصيف البروتينات ومجمعات النوكليوبروتين والهياكل البيولوجية الأخرى. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات المتبقية مثل تحليل توصيف البروتينات كميًا ونوعيًا. ^[88]

• مطياف الكتلة المسرع
• المقطع العرضي (فيزياء)
• مطيافية الطاقة الحركية الأيونية المُحللة بالكتلة
• تحلل الأيونات أحادية الجزيء

• مقدمة في مطيافية الكتلة للدكتورة أليسون إي أشكروفت أرشيف 8 أغسطس 2020 على موقع واي باك مشين