Das folgende Schema erklärt, wie Tandem-MS funktioniert. Nachdem die Proben ionisiert wurden (durch ESI, MALDI, EI usw.), um ein Ionengemisch zu erzeugen, werden die Vorläuferionen mit einem bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z) ausgewählt (MS1) und dann fragmentiert (MS2), um ein Produktion für die Detektion zu erzeugen. Die Selektions-Fragmentierungs-Detektionssequenz kann auf die Produktionen der ersten Generation ausgeweitet werden. Zum Beispiel können ausgewählte Produkt-Ionen, die in MS2 erzeugt wurden, weiter fragmentiert werden, um eine andere Gruppe von Produkt-Ionen (MS3) zu erzeugen und so weiter.
*http://en.wikipedia.org/wiki/Tandem_mass_spectrometry
Tandem-MS-Instrumentierung
Da die Tandem-MS drei verschiedene Schritte der Selektion-Fragmentierung-Detektion beinhaltet, kann die Trennung dieser drei Schritte räumlich oder zeitlich realisiert werden.
Tandem-MS im Weltraum
Zu den typischen Tandem-MS-Instrumenten im Weltraum gehören QqQ, QTOF und Hybrid-Ionenfalle/FTMS usw.
QqQ (Triple Quadrupole)
* http://www.biologie.hu-berlin.de/gruppenseiten/oekologie/meth/massspec/mass_sp
Drei Quadrupole (Quad 1, Quad 2 und Quad 3) sind in einer Reihe angeordnet. Die Vorläuferionen werden in Quad 1 ausgewählt und zur Dissoziation (Fragmentierung) an Quad 2 weitergeleitet. Die erzeugten Produktionen werden an Quad 3 zur Massenabtastung weitergeleitet.
QTOF (Quadrupole Time-of-flight)
* http://www.ucl.ac.uk/ich/services/lab-services/mass_spectrometry/proteomics/technologies/madli
In der QTOF werden die Vorläuferionen im Quadrupol ausgewählt und zur Fragmentierung an die Kollisionszelle weitergeleitet. Die erzeugten Produktionen werden durch Flugzeitmassenspektrometrie (TOF) nachgewiesen.
Hybrid-Ionenfalle/FTMS
*http://planetorbitrap.com/orbitrap-velos-pro#tab:schematic
Bei den Hybrid-Ionenfallen/FTMS-Instrumenten (FT-ICR oder Orbitrap) werden die Vorläuferionen ausgewählt und in einer externen Ionenfalle fragmentiert. Die erzeugten Produktionen können entweder in der externen Falle (geringere Massenauflösung, aber schneller) oder mittels FTMS (höhere Massengenauigkeit und Auflösung, aber langsamer) nachgewiesen werden.
Tandem-in-Time MS/MS
Zu den typischen Tandem-in-Time MS/MS-Instrumenten gehören Ionenfallen und FT-ICR MS.
Fragmentionennotation
Peptide und Oligosaccharide (einschließlich Glykolipide) folgen unterschiedlichen Nomenklatursystemen für ihre Fragmentionen. Für andere Verbindungsklassen, z.B. Phospholipide, etc,
Peptide
Nomenklatur für Peptidfragmente
Fragmente, die den N-Terminus enthalten, werden je nach Ort der Spaltung mit a, b oder c bezeichnet, während Fragmente, die den C-Terminus enthalten, mit x, y oder z bezeichnet werden. Die Zahlen geben die Anzahl der Aminosäurereste im Fragmention an.
Oligosaccharide (einschließlich Glykolipide)
Für Oligosaccharide werden Fragmente, die das reduzierende Ende enthalten (das reduzierende Ende befindet sich in der Abbildung auf der rechten Seite), je nach Ort der Spaltung mit x, y oder z gekennzeichnet, während Fragmente, die das andere Ende enthalten, mit a, b oder c gekennzeichnet sind. Die Zahlen geben den Ort des Zuckerrestes an: y-, z-, b- und c-Ionen sind Fragmente, die auf glykosidische Spaltungen zurückzuführen sind (Durchtrennung glykosidischer Bindungen, die zwei benachbarte Zuckerreste halten), während a- und x-Ionen aus einer Kreuzringspaltung resultieren.
Nomenklatur für Oligosaccharidfragmente (einschließlich Glykolipide, wenn R = Ceramid) (Costello, C. E.; Vath, J. E. Methods Enzymol. 1990, 193, 738-768)
Fragmentierungstechniken
Vorläuferionen können auf viele verschiedene Arten aktiviert werden (mit erhöhter interner Energie). Die Fragmentierungsmuster hängen davon ab, wie die Energie auf das Vorläuferion übertragen wird, wie hoch die übertragene Energie ist und wie die übertragene Energie intern verteilt ist. Bei der kollisionsinduzierten Dissoziation und der Infrarot-Multiphotonen-Dissoziation handelt es sich um Techniken der „langsamen Erwärmung“, die die Boltzmann-Temperatur des Ions erhöhen und somit vorzugsweise die schwächsten Bindungen spalten, so dass hauptsächlich b- und y-Ionen entstehen. Diese Techniken sind recht effizient für Peptide, Lipide und andere relativ kleine chemische Verbindungen, können aber auch posttranslationale Veränderungen von Proteinen (z. B. Phosphate und Zucker) entfernen. Bei der Elektroneneinfangdissoziation und der Elektronentransferdissoziation werden hauptsächlich c- und z-Ionen erzeugt, während die posttranslationalen Modifikationen (PTM) erhalten bleiben. ECD und ETD werden daher häufig bei Proteinen und Peptiden mit labilen PTMs eingesetzt. Bei Oligosacchariden (einschließlich Glykolipiden) können ECD/ETD auch kreuzringgespaltene a- und z-Ionen erzeugen, die für die Lokalisierung von glykosidischen Bindungen entscheidend sind.
Diese Technik kann mit den folgenden Geräten verwendet werden:
- 21 Tesla FT-ICR MS (aktiv abgeschirmt)
- 14,5 Tesla FT-ICR MS (aktiv abgeschirmt)
- 9,4 Tesla FT-ICR MS (passiv abgeschirmt)
Verwandte Veröffentlichungen
B. J. Bythell, et al, Relative stability of peptide sequence ions generated by tandem mass spectrometry, Journal of the American Society for Mass Spectrometry 23(4), 644-654 (2012) Read online
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