5/11/2015 TÖMEGSPEKTROMETRIA. Tömegspektrometria - áttekintés. Ionizáció és analizátor. Tömegspektrométer. Analizátor: KVADRUPOL

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "5/11/2015 TÖMEGSPEKTROMETRIA. Tömegspektrometria - áttekintés. Ionizáció és analizátor. Tömegspektrométer. Analizátor: KVADRUPOL"

Piroska Pappné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM ÁLTALÁNOS ORVOSTUDOMÁNYI KAR TÖMEGSPEKTROMETRIA Tömegspektrometria - áttekintés VIZSGÁLHATÓ MINTA: töltéssel rendelkezik (folyékony biológiai minták, fehérjék, peptidek, oligoszaharidok, DNS, szérum, vér, vizelet, agy-, gerincvelői folyadék, kismolekulák, szilárd szöveti minták, gyógyszerek, ) MÛSZER: tömegspektrométer, tömeg: töltés arány mérése EREDMÉNY: tömeg : töltés eloszlás spektrum (molekulatömeg, molekuláris összetétel/képlet, szerkezeti sajátságok) KIEGÉSZÍTÕ LEHETÕSÉGEK: komponensek szétválasztása tömeg : töltés arányuk alapján, képalkotás(msi: mass spectrometry imaging) BIOFIZIKA április 9. Dr. Bugyi Beáta Biofizikai Intézet Miért elterjedt? - elõnyök NAGYÉRZÉKENYSÉG: g KISMENNYISÉGŰMINTA: g(mikro pikogramm) SZÉLESTÖMEGTARTOMÁNY: atomitömegegység(da) BÁRMILYEN HALMAZÁLLAPOTÚ MINTA SPECIFICITÁS, REPRODUKÁLHATÓSÁG NINCS SZÜKSÉG JELÖLÉSRE Tömegspektrométer IONFORRÁS: a vizsgált mintából ionizációrévén gáz fázisú ionok keletkeznek Pozitív ion mód: elektron hiány (+ töltésű) Negatív ion mód: elektron többlet (- töltésű) 2. ANALIZÁTOR: az ionok elválasztása a tömeg : töltés arányuk alapján 3. DETEKTOR: az ionok tömeg : töltés arány szerinti előfordulásának detektálása (ion ~ elektromos jel) 4. VÁKUUM: az ionok és a levegő molekulák közötti ütközések elkerülése különben az ionok nem jutnak el a detektorba /atmoszférikus nyomás/ Ionizáció és analizátor IONFORRÁS ionizáció ELEKTRON IONIZÁCIÓ /EI/ KÉMIAI IONIZÁCIÓ /CI/ ATMOSZFERIKUS NYOMÁSÚ KÉMIAI IONIZÁCIÓ /APCI/ ATMOSZFERIKUS NYOMÁSÚ FOTO IONIZÁCIÓ /APFI/ GYORS ATOM BOMBÁZÁS /FAB/ THERMOSPRAY IONIZÁCIÓ /TSI/ *ELEKTROSPRAY IONIZÁCIÓ /ESI/ *MÁTRIX-ASSZISZTÁLT LÉZER DESZORPCIÓS IONIZÁCIÓ /MALDI/ ANALIZÁTOR tömeg : töltés arány szerinti szétválasztás SZEKTOR ANALIZÁTOR IONCSAPDA FOURIER TRANSFORM ION CYCLOTRON RESONANCE *KVADRUPÓL *TIME-OF OF-FLIGHT FLIGHT /repülési idő, TOF/ *biológiai eredetű minták Ionizáció: ELEKTROSPRAY IONIZÁCIÓ (ESI) kapilláris, elektromos tér vákuum, párolgás Analizátor: KVADRUPOL KVADRUPÓL: 4 párhuzamos hengerszerű rúd AC a minta porlasztása /spray/ révén apró cseppek keletkeznek (elektromos erőtér + vákuum) az oldószer gyorsan párolog a vákuumban a csepp mérete csökken, a töltéssűrűség megnövekszik a cseppben a megnövekedett elektrosztatikus taszítóerő a cseppet egyre kisebb cseppecskékre bontja a kvadrupól elektromos erőterében a részecske pályája függ a tömegétől és töltésétől egy adott elektromos erőtér esetén csak az annak megfelelő tömeg : töltés aránnyal rendelkező részecskék jutnak át(a többi a rudakba ütközik) az elektromos erőtér szekvenciális változatásával különböző tömeg : töltés aránnyal rendelkező részecskék detektálhatóak DC 1

gerincvelői folyadék, kismolekulák, szilárd szöveti minták, gyógyszerek, ) MÛSZER: tömegspektrométer, tömeg: töltés arány mérése EREDMÉNY: tömeg : töltés eloszlás spektrum (molekulatömeg, molekuláris

2 Ionizáció: MÁTRIX-ASSZISZTÁLT LÉZER DESZORPCIÓS IONIZÁCIÓ /MALDI/ MÁTRIX-ASSZISZTÁLT ASSZISZTÁLT: a mintát megfelelő mátrixba ágyazva egy fémfelületre visszük Analizátor: REPÜLÉSI IDÕ (time-of-flight, TOF) elektromos mező: á ü ö é á minta + mátrix fémfelületre szárítva LÉZER: a mátrixot lézernyalábbal (UV) megvilágítva az elnyeli annak energiáját DESZORPCIÓ: a mátrix-minta keveréke a fémfelszínről leválik IONIZÁCIÓ: a vákuumba gázfázisú molekulák jönnek létre, a minta részecskéit a mátrix ionizálja gázfázisú protontranszfer során á á 1 2 é á á ő á á ionok: ö é ö é példa: Detektor: KONVERZIÓS DINÓDA, ERÕSÍTÉS Tömegspektrum, tömeg : töltés spektrum konverziós dinóda ion elektron dinódalánc másodlagos emisszió előfordulás relatív előfordulás sok O CO CO 2 kevés kicsi tömeg : töltés (m/z) nagy FONTOS: TÖMEGSPEKTRUM = TÖMEG : TÖLTÉS ARÁNY SPEKTRUM erősítés: 10 6 molekulatömeg: 400 töltés: + 1 m/z = 400 molekulatömeg: 1200 töltés: + 3 m/z = 400 Tömegspektrum elemzése ISMERETLEN MINTA kísérletesen meghatározott tömegspektrum TALÁLATOK A MINTA AZONOSÍTÁSA octadecanoic acid methyl ester m/z SPEKTRUM ADATBÁZIS fragmentáció MS1: adott m/z aránnyal rendelkező prekurzor ion rögzítése fragmentáció MS2: a fragmentációrévén keletkezett termék ionok m/z arányának mérése pl. peptidek aminosav összetétel meghatározása 2

keveréke a fémfelszínről leválik IONIZÁCIÓ: a vákuumba gázfázisú molekulák jönnek létre, a minta részecskéit a mátrix ionizálja gázfázisú protontranszfer során á á 1 2 é á á ő á á 1 2 2 ionok: ö é ö

3 ütközés indukálta disszociáció MS2: adott m/z aránnyal rendelkező termék ion rögzítése fragmentáció MS1: az ehhez tartozó prekurzor ionok m/z arányának mérése pl. funkciós csoportok vizsgálata, foszfát észter, karbohidrát módosulás MS1: adott prekurzor ionhoz tartozó m/z arány és MS2:adott termék ionhoz tartozó m/z arány különbségének rögzítése (semleges fragmentum) az összetartozó prekurzor és termék ionok szkennelése pl. funkciós csoportok vizsgálata, foszforiláció-foszforsav MS1: adott m/z aránnyal rendelkező prekurzor ion és MS2: adott m/z aránnyal rendelkező termék ion rögzítése az összetartozó prekurzor és termék ionok szkennelése pl. komponens azonosítása Alkalmazások PROTEOMIKA molekulatömeg meghatározás aminosav összetétel és szerkezeti sajátságok poszttranszlációs módosulások/foszforiláció, glikoziláció, / diszulfid hidak aktív/kötőhelyek meghatározása fehérje-ligandumkölcsönhatás fehérjeelegyek kvantitatív vizsgálata IGAZSÁGÜGYI ALKALMAZÁSOK drogok szűrése doppingszerek szűrése mérgező anyagok szűrése GYÓSZERTUDOMÁNYOK ORVOSTUDOMÁNYOK MIKROBIOLÓGIA MEZŐGAZDASÁG ÉLELMISZERIPAR ŰRKUTATÁS Alkalmazások - orvostudományok ÚJSZÜLÖTTEK SZŰRÉSE: VELESZÜLETETT ANYAGCSEREBETEGSÉGEK karnitin-észter profil meghatározás: primér/szekunder karnitinhiány, zsírsavoxidációs zavarok, szervessav aciduriák aminosav profil meghatározás: aminoacidopathiák guanidinovegyületek: kreatinszintézis zavarok epesavmetabolitok: epesavszintézis zavarok homocystein: hiperhomocysteinaemiák purinek, pirimidinek galaktosaemia szteroidszintézis, koleszterinszintézis zavarok hormonszintézis zavarok (trijódtironin, katekolaminok) szénhidrát-anyagcsere zavarai TERÁPIÁS MONITOROZÁS immunoszuppreszív szerek, antimikotikus szerek, antiepilepsziás szerek, antivirális szerek ANDROGÉN HORMON PROFIL KARNITIN ELEMZÉS SULFONYLUREA ELEMZÉS ZSÍRSAV ELEMZÉS Refsum betegség, adrenoleukodisztrófia /ALD, Siemerling-Creutzfeld betegség, Schilder betegség/ 3

fragmentum) az összetartozó prekurzor és termék ionok szkennelése pl.

4 közép-láncú acetyl-coa dehydrogenasehiány hiány (MCAD) zsírsavoxidációzavara marker metabolit: C6, C8, C10:1-karnitin propionsav aciduria(pa) szerves savak ürítéséveljáró betegség marker metabolit: C3-karnitin Képalkotó tömegspektrometria endogén biomolekulák /kismolekulák, szerek, biomarkerek, metabolitok, lipidek, peptidek, fehérjék/ tömeg : töltés arányának mérésén keresztül lehetővé teszi azok térbeli eloszlásánakmérését szövetekbenés szervekben CÉLOK DIAGNOSZTIKA betegségek diagnosztizálása, pl.: különböző szövetek /tumor, egészséges/ összehasonlítása PROGNOSZTIKA betegek kategorizálása a betegség súlyossága alapján TERÁPIA gyógyszerek hatásának vizsgálata, hogyan reagál a páciens egy kezelésre 1. MINTAELŐKÉSZÍTÉS kezelés, biopszia hisztológiai metszetek készítése /szerv, szövet/ HER2 pozitív emlőrák fokozott m/z 8404 termelés 2. TÖMEGSPEKTROMETRIA minden egyes x,y koordinátapárban a tömegspektrum felvétele HER2 negatív emlőrák 3. ELEMZÉS a tömegspektrum kép rekonstrukciója /software/ elemzés, molekulák azonosítása, mennyiségének meghatározása HER2: humán epidermálisnövekedési faktor túltermelése fontos szerepet játszik az agresszív emlőrákok kialakulásában és fejlődésében a sejtmembránon csoportokba rendeződve lokalizálódik terápiás lehetőség: trastuzumab/herceptin/ csak a HER2-t túltermelő sejtek esetén hatásos, egyébként mellékhatások 4

azok térbeli eloszlásánakmérését szövetekbenés szervekben CÉLOK DIAGNOSZTIKA betegségek diagnosztizálása, pl.

5 tumor fő vérerek koncentráció Tömegspektrometria kulcsfogalmak A B ESI-kvadrupól kvadrupól,, MALDI-TOF módszerek Tömegspektrum Alkalmazási lehetõségek emésztőrendszer rákellenes szer eloszlása egérben A) keresztirányú metszet B) IMS kép 5

Alkalmazási lehetõségek emésztőrendszer rákellenes szer

Hasonló dokumentumok

Tömegspektrometria A tömegspektrometria. Az n-dekán tömegspektruma. A tömegspektrometria rövid története: Biofizika szeminárium

Tömegspektrometria A tömegspektrometria. Az n-dekán tömegspektruma. A tömegspektrometria rövid története: Biofizika szeminárium Tömegspektrometria Biofizika szeminárium Huber Tamás PTE ÁOK Biofizikai Intézet A tömegspektrometria Definíció: térben és időben szétválasztott részecskék egymás utáni elektromos detektálása. Alapelvek: