MALDI 비행시간차 질량 분석기에서 활용되는 탠덤 질량 분석법으로는 크게 ‘이온화지역 이후 분해’(Post-source decay, PSD)와 ‘이온화지역내 분해’(In-source decay, ISD), TOF/TOF 분석법이 있다. MALDI 비행시간차 질량 분석기에서 구조분석을 위해 탠덤 질 량 분석법을 활용하는 가장 대표적인 예로는 펩타이드 또는 단백질 분석을 들 수 있으며, 이들의 분석에 초점을 두고 아래에 설명하고자 한다. 오늘은 PSD에 대해서 알아봅시다.

PSD (Post-source Decay) 분석법 구체화

PSD (Post-source Decay, 이온화지역 이후 분해) 기법은 MALDI-TOF 질량 분석기를 사용하여 수행되는 탠덤 질량 분석법 중 하나입니다. 이 방법은 이온화 과정을 거친 후, 분석 대상 분자가 비행 시간 분석기의 이온화 소스 지역을 벗어난 후 비행 경로 상에서 자발적으로 분해되어 분석되는 현상을 이용합니다. 이 기법은 특히 단백질과 펩타이드의 구조 분석에 유용하게 사용됩니다.

MALDI-TOF MS에서의 ‘이온화지녁 이후 분해’ 가 일어나는 모식도

PSD의 기본 원리

PSD에서 분자의 분해는 주로 이온화 소스를 벗어난 후 비행 튜브 내에서 일어납니다. MALDI 과정에서 사용되는 레이저의 에너지에 의해 샘플 매트릭스가 기화되면서 분자들이 이온화되고, 이러한 이온들이 분석기를 통해 가속된 후 자발적으로 분해됩니다. 분해된 이온들은 그들의 질량에 따라 검출기에 다르게 도달하여 분석됩니다.

PSD의 과정 설명

1. 샘플 준비 및 이온화: 샘플은 매트릭스와 혼합된 후 MALDI 플레이트 위에 도포됩니다. 레이저가 매트릭스-샘플 혼합물에 조사되면, 매트릭스는 에너지를 흡수하여 기화되고, 이 과정에서 샘플 분자들을 이온화시킵니다.
2. 이온 가속: 이온화된 분자들은 전기장을 통해 가속되어 비행 튜브를 통과합니다. 이온화 직후에는 모이온(mother ions, 부모 이온)만 존재합니다.
3. 분해 및 분리: 이온화 소스를 벗어난 이온들은 비행 튜브를 통과하는 동안 내부 에너지의 증가로 인해 자발적으로 분해될 수 있습니다 (PSD). 이 때 분해된 이온들(딸 이온, daughter ions)은 각각의 질량에 따라 다른 시간에 검출기에 도달합니다.
4. 질량 분석: 검출기는 도달하는 이온의 질량을 기반으로 이온의 타입을 분석하고 기록합니다. 이 정보는 분자의 구조적 특성을 해석하는 데 사용됩니다.

PSD의 응용

PSD는 특히 복잡한 생체 분자의 구조를 규명하는 데 유용합니다. 펩타이드나 단백질의 아미노산 서열 결정에 필수적인 정보를 제공하며, 분자 내 특정 결합의 위치와 종류를 확인할 수 있습니다.

• 펩타이드 분석: PSD를 통해 펩타이드 체인의 분해 패턴을 분석함으로써, 서열 내 특정 아미노산의 위치를 확인할 수 있습니다.
• 단백질 구조 확인: 단백질의 이차원 구조 요소를 확인할 수 있으며, 이는 단백질의 기능과 활성에 중요한 정보를 제공합니다.

장점 및 단점

• 장점:
  • 높은 감도와 정확도로 복잡한 생체분자의 구조를 분석할 수 있습니다.
  • 비교적 빠른 분석 시간과 고분해능을 제공합니다.

• 단점:
  • 고가의 장비가 필요하며, 운영과 유지보수 비용이 높습니다.
  • 매트릭스 선택과 샘플 준비가 결과에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

PSD는 MALDI-TOF 질량 분석법의 중요한 확장 기능으로, 생화학 및 분자 생물학 연구에서 구조적 정보를 제공하여 연구의 정확도와 깊이를 향상시키는 데 기여합니다. 이를 통해 단백질과 펩타이드의 기능적 이해를 높이고, 질병의 진단 및 치료에 필요한 바이오마커를 발견하는 데 중요한 역할을 합니다.

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• 비행시간차 질량 분석기(TOF MS)의 기본 원리
  이처럼 TOF MS는 이온의 질량에 따른 비행시간 차이를 이용하여 질량 분석을 수행하는 장비입니다. 비행시간은 이온의 질량의 제곱근에 비례하므로, 질량이 큰 이온일수록 검출기에 늦게 도달하게 됩니다
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