Massenspektrometrie

Eine zentrale Methode für die Proteomanalyse am Molecular Proteomics Laboratory ist die Massenspektrometrie. Ziel der Massenspektrometrie ist es, die Masse der Peptide und Proteine sehr genau (sub-ppm-Bereich) zu bestimmen, um somit Rückschlüsse auf die Identität  (Aminosäuresequenz), zusätzlich enthaltene Elemente (Phosphate, Metallionen bzw. Hinweise zur dreidimensionalen Struktur, Interaktionsflächen oder aber auch relative sowie absolute Menge des Analyten in einer (komplexen) Probe zu ziehen.

 

Mit der Einführung der schonenden Ionisierungsmethoden wie z.B. Elektrospray Ionisierung (ESI) oder Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI) in den 1980er und 1990er Jahren und der Kombination mit den verschiedensten Analysatortypen (wie z.B. TOF, QqQ, Ionenfallen, Orbitrap etc.) ist es gelungen eine Vielzahl von Anwendungen für die proteomanalytische Charakterisierung zu realisieren. Mit den am MPL vorhandenen Geräten ist es möglich sowohl in hochkomplexen Proben (z.B. Zelllysat eukaryotischer Zellen) tausende von Proteinen zu identifizieren, relativ zu quantifizieren als auch die detaillierte Charakterisierung eines einzelnen Proteins hinsichtlich vorhandener Isoformen oder posttranslationaler Modifikationen vorzunehmen. Die einzusetzenden Proteinmengen liegen hierbei im Bereich von wenigen Nano- bis Femtogramm. Der hochsensitive Nachweis eines bekannten Peptids/Proteins ist sogar bis in den attomolaren Bereich hinein möglich. Bei der Massenspektrometrie folgen stets mindestens drei Schritte aufeinander:

Die zu analysierende Substanz muss zunächst ionisiert werden, anschließend werden die geladenen Moleküle entsprechend ihres Masse zu Ladungsverhältnisses (m/z) aufgetrennt und dann detektiert. Ein Massenspektrometer besteht daher in der Regel aus drei Komponenten: einem Modul zu Ionenerzeugung, einem Massenanalysator in dem das Ionengemisch getrennt wird und schließlich einer Komponente zur Detektion.

In der Protein-/Peptidanalytik stehen zwei verschiedene Methoden zur Ionisierung dieser Biopolymere zur Verfügung. Entscheidend ist hierbei, dass die Moleküle sanft in die Gasphase überführt und ionisiert werden um eine vorzeitige Zerstörung des Analyten zu verhindern.