一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，包括以下步骤：(1)将待分析多糖样本经电喷雾电离、质谱分析后得到含前体离子实验同位素轮廓信息的一级质谱，一级质谱中的各前体离子经串级质谱解离得到对应的碎片离子的二级质谱；(2)将前体离子的实验同位素轮廓与前体离子理论数据库进行比对，得到前体离子对应的多个候选多糖；(3)将每个候选多糖的每个理论碎片离子的理论同位素轮廓与该候选多糖对应的二级质谱中观察到的碎片离子的实验同位素轮廓进行比对，匹配度最高的候选多糖即为最终的多糖ID。与现有技术相比，本发明专利技术的多糖拓扑解析方法简单明了、高效准确，适用于多糖基于高分辨串级质谱分析的拓扑结构定性鉴定和定量分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子结构鉴定领域，具体涉及一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法。
技术介绍
糖基化修饰是蛋白质上最普遍、最重要的翻译后修饰之一，具有极其重要的生理和病理功能。基于串级质谱的糖组学已经成为糖基化多糖修饰位点、单糖组成及其拓扑结构鉴定和解析的主要分析手段之一。现有多糖的拓扑结构采用树状来描述。但是目前现有的多糖拓扑结构解析方法需对原始实验数据进行“去同位素”近似预处理，存在较大的偏差，在应用时有较多的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确性较高的基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，包括以下几个步骤：(1)将待解析样本经电喷雾电离、质谱分析后得到含前体离子实验同位素轮廓信息的一级质谱；(2)将一级质谱中的各前体离子实验同位素轮廓信息与前体离子理论数据库进行比对，得到多个候选多糖拓扑结构；根据这些候选多糖拓扑结构中单糖的种类，组成及连接方式，计算得到每个候选多糖的每个候选碎片离子的理论同位素轮廓；(3)将前体离子送入离子阱中进行气相解离得到碎片离子，将碎片离子送入质谱分析器和检测器，得到包含碎片离子实验同位素轮廓信息的二级质谱；(4)二级质谱中各碎片离子的实验同位素轮廓依次与每个候选多糖的所有理论碎片离子进行匹配；碎片离子匹配度最高的候选多糖拓扑结构即为最终的多糖拓扑结构本专利技术的解析方法直接进行原始实验数据与相应理论数据的指纹比对。该算法无需对原始实验数据进行“去同位素”近似预处理，可以避免相应的误差；根据各个离子中是否有同位素峰缺失和同位素峰相对强度的偏差对理想及非理想实验数据进行很好的区分，保证蛋白鉴定的可信度；根据已知重叠离子的同位素峰相对强度关系对重叠实验数据进行有效的解析。所述待解析样本中多糖的浓度为0.5～2μM，溶剂包括NH4HCO3、甲醇和水，其中NH4HCO3的浓度为8～12mM，甲醇和水的质量相同。步骤(1)所述的电喷雾电离处理的电压为2～3kV，温度为280～350℃。所述前体离子理论数据库通过以下步骤生成：(a)根据单糖的种类和数量计算每一个N-多糖的分子式；(b)参照标准元素列表，根据分子式中元素的种类和数量计算相应的同位素轮廓，即得前体离子理论数据库。碎片离子理论数据库通过以下步骤生成：(Ⅰ)根据每一个N-多糖中单糖的种类、排列、标注和断裂规律，计算每一个碎片离子的分子式；(Ⅱ)参照标准元素列表，根据分子式中元素的种类和数量计算相应的同位素轮廓。上述两个理论数据库的建立方法，具体可以参照文献：RossK.Snider.EfficientCalculationofExactMassIsotopicDistributions.JournalofAmericanSocietyforMassSpectrometry,2007,18,1511-1515.所述标准元素列表中含有每一个同位素的精确原子量及丰度。所述前体离子的实验同位素轮廓与相应的理论同位素轮廓指纹比对的参数包括同位素峰强度阈值、同位素峰质荷比偏差和同位素峰强度偏差。其中阈值(IPACO)用来控制实验必须看到一定理论强度以上的同位素峰，同位素峰质荷比偏差(IPMD)用来控制同位素峰在质谱图横轴上的偏差，同位素峰强度偏差(IPAD)用来控制同位素峰在质谱图纵轴上的偏差，最佳IPACO、IPMD和IPAD主要由质谱仪的性能来决定；可预先在假阳性率控制的前提下用模型数据来优化获得。所述的气相解离为高能碰撞诱导解离。所述的高能碰撞诱导解离的归一化碰撞能量为10～20％。所述碎片离子实验同位素轮廓与相应的理论同位素轮廓的指纹比对的参数包括同位素峰强度阈值、同位素峰质荷比偏差和同位素峰强度偏差。通过IPACO、IPMD和IPAD三个参数进行同位素轮廓指纹比对的方法可参照中国专利CN103389335进行。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术的解析方法基于N-多糖拓扑结构的二维正交表述和理论同位素轮廓数据库、支链的归类、串级质谱碎片离子的分类与标注，多糖实验串级质谱来解析和鉴定多糖的单糖的组成和这些单糖空间排列的拓扑结构。本专利技术的多糖拓扑结构表述与解析方法直观易懂，碎片离子在任意结构的多糖中都可以采用固定的英文字母，罗马数字及阿拉伯数字的组合来表述，有利于标准统一，普遍推广；基于同位素轮廓指纹比对的数据库搜索算法和多糖鉴定，相对于传统的单纯的质量指纹比对算法，具有更好的普适性和可信度。附图说明图1为本专利技术的解析方法的步骤示意图；图2为标准多糖NA2高能碰撞诱导解离正离子模式一级质谱图；图3为多糖NA2一级质谱观察到的前体离子(2+)的实验同位素轮廓与相应理论同位素轮廓的指纹比对；图4为实施例1中候选多糖的种类示意图；图5为实施例1中候选多糖结构A高能碰撞诱导解离正离子模式二级质谱图；图6为多糖NA2前体离子(2+)HCD(NCE10％)解离二级质谱中碎片离子y24-1+实验同位素轮廓与相应理论同位素轮廓的指纹比对；图7为标准多糖NA2高能碰撞诱导解离正离子模式串级质谱经本专利技术解析方法得到的图形解离图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，主要包括5个具体的解析步骤，如图1所示；每个步骤简述如下：(1)将标准多糖NA2配制成溶液，经电喷雾电离、质谱检测后得到包含前体离子实验同位素轮廓信息的一级质谱图，其中，标准多糖NA2的浓度为1μM，溶剂包括NH4HCO3、甲醇和水，其中NH4HCO3的浓度为10mM，甲醇和水的质量相同；电喷雾电离处理的电压为2.5kV，温度为300℃；一级质谱图如图2所示；(2)将前体离子的实验同位素轮廓与前体离子理论数据库中的各个多糖逐个进行指纹比对，比对结果如图3所示，凡是理论同位素轮廓满足比对阈值(IPACO＝10％以上的每个同位素峰都有被观察到；且这些同位素峰的IPMD≤15ppm,IPAD≤50％)的数据库中多糖即为该实验同位素轮廓(或前体离子)对应的候选多糖，如图4所中A、B、C所示。(3)计算图3中三个候选多糖所有碎片离子的理论同位素轮廓，如候选结构A的Y系列碎片离子Y24-1+的理论同位素轮廓信息如表1所示。表1.图3中候选结构A的Y系列碎片离子Y24-1+的理论和实验同位素轮廓信息(4)将一级质谱中观察到的前体离子经离子阱中气相解离(如高能碰撞诱导解离)处理得到碎片离子，高能碰撞诱导解离的归一化碰撞能量为10％，然后将碎片离子送入质谱仪，得到包含碎片离子实验同位素轮廓信息的二级质谱，二级质谱图如图5所示；(5)将二级质谱中的各个碎片离子的实验同位素轮廓与三个候选多糖的各碎片离子的理论同位素轮廓依次进行指纹比对，如候选多糖结构A的Y系列碎片离子Y24-1+的比对情况如表1和图6所示。候选结构A，B，C分别从实验二级质谱中匹配到20，18和16个碎片离子；因此匹配度最高的候选结构A为最终的多糖拓扑结构，得到的结构如图7所示。(6)查阅标准多糖NA2的标准拓扑结构，发现与本方法得到的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：(1)将待解析样本经电喷雾电离、质谱分析后得到含前体离子实验同位素轮廓信息的一级质谱；(2)将一级质谱中的各前体离子实验同位素轮廓信息与前体离子理论数据库进行比对，得到多个候选多糖拓扑结构；根据这些候选多糖拓扑结构中单糖的种类，组成及连接方式，计算得到每个候选多糖的每个候选碎片离子的理论同位素轮廓；(3)将前体离子送入离子阱中进行气相解离得到碎片离子，将碎片离子送入质谱分析器和检测器，得到包含碎片离子实验同位素轮廓信息的二级质谱；(4)二级质谱中各碎片离子的实验同位素轮廓依次与每个候选多糖的所有理论碎片离子进行匹配；碎片离子匹配度最高的候选多糖拓扑结构即为最终的多糖拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：(1)将待解析样本经电喷雾电离、质谱分析后得到含前体离子实验同位素轮廓信息的一级质谱；(2)将一级质谱中的各前体离子实验同位素轮廓信息与前体离子理论数据库进行比对，得到多个候选多糖拓扑结构；根据这些候选多糖拓扑结构中单糖的种类，组成及连接方式，计算得到每个候选多糖的每个候选碎片离子的理论同位素轮廓；(3)将前体离子送入离子阱中进行气相解离得到碎片离子，将碎片离子送入质谱分析器和检测器，得到包含碎片离子实验同位素轮廓信息的二级质谱；(4)二级质谱中各碎片离子的实验同位素轮廓依次与每个候选多糖的所有理论碎片离子进行匹配；碎片离子匹配度最高的候选多糖拓扑结构即为最终的多糖拓扑结构。2.根据权利要求1所述的一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，其特征在于，所述待解析样本中多糖的浓度为0.5～2μM，溶剂包括NH4HCO3、甲醇和水，其中NH4HCO3的浓度为8～12mM，甲醇和水的质量相同。3.根据权利要求1所述的一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，其特征在于，步骤(1)所述的电喷雾电离处理的电压为2～3kV，温度为280～350℃。4.根据权利要求1所述的一种基于质谱分析的多糖拓扑结构解析方法，其特征在于，所述前体离子理论数据库通过以下步骤生成：(a)根据单糖的种类和数量计算每一个N-多...

【专利技术属性】
技术研发人员：田志新，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31