【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于蛋白质分析，涉及一种蛋白质溶液构象变化分析系统。
技术介绍
1、高压作为一种外界扰动因素可以引起维持生物大分子构象的弱相互作用发生变化，进而导致蛋白质去折叠过程的发生。蛋白质的错误折叠会使其容易聚集并导致正常生理功能受到影响，进而诱发多种疾病的发生。因此，研究压力作用下溶液中蛋白质构象的变化有着重要的意义。傅里叶变换红外光谱技术作为一种传统的强有力的技术，可以从分子振动的角度出发，来研究高压作用下蛋白质二级结构变化。
2、常见的高压产生装置由一对金刚石压砧组成，其砧面大小和垫片厚度决定了该装置所能产生的压力。通常几百微米大小的砧面能产生蛋白质构象变化所需的压力。传统红外光谱仪的光斑大小约为5mm左右，远大于金刚石压砧观察窗口的尺寸，需要在光谱仪的主样品仓安装聚焦镜等光学元件缩聚红外光斑才能获得足够的红外光能量。此方法操作不便且不能实时观测蛋白质溶液的变化。红外显微镜则可以在观察对顶砧压腔中蛋白质溶液变化的同时检测其红外信号的变化。
3、然而，如采用传统的热辐射光源，当显微镜头为15x，光阑孔径低于30×30μm时光谱的信噪比差，无法提供有效的信号。蛋白质溶液在高压下去折叠后可形成小于30μm的聚集颗粒，利用传统红外谱学显微技术来研究蛋白质颗粒的结构变化因此受到限制。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种蛋白质溶液构象变化分析系统，基于同步辐射红外光源在高压环境中分析溶液中蛋白质构象变化，满足实际应用的需求。
2、本专利技术提供一种蛋
3、于本专利技术一实施例中，所述高压产生模块设置在所述红外显微镜的样品台上，所述高压产生模块中两个金刚石压砧对顶设置在套筒上，中间由垫片隔离，所述垫片的孔壁和所述两个金刚石压砧的砧面构成一个密闭空间，所述密闭空间放置有传压介质、标压物质和所述蛋白质溶液。
4、于本专利技术一实施例中，所述压砧采用iia型金刚石，所述垫片选用不锈钢材质或铼材质，所述传压介质采用d2o，所述标压物质采用硫酸钡或者α-石英。
5、于本专利技术一实施例中，所述单点红外光谱的分辨率4cm-1，扫描次数64次，单点扫描光阑大小30x30μm；二维空间的红外光谱成像的扫描光阑大小20x20μm，步长3x3μm。
6、于本专利技术一实施例中，所述构象分析及二维空间分布分析模块包括溶液体系压力标定模块、二阶导数光谱求算模块、分峰拟合模块、二维相关分析及二维空间分布分析模块；
7、所述溶液体系压力标定模块用于基于标压物质的峰位移计算所述蛋白质溶液的体系压力；
8、所述二阶导数光谱求算模块用于基于不同压力下的单点红外光谱计算所述蛋白质溶液的二阶导数光谱，以分析所述蛋白质溶液中蛋白质的二级结构的变化；
9、所述分峰拟合模块用于基于单点红外光谱酰胺i’谱带进行基线校正及分峰拟合，以获取所述蛋白质溶液中蛋白质的各二级结构相对含量变化；
10、所述二维相关分析及二维空间分布分析模块用于基于所述单点红外光谱的二维相关计算，分析所述蛋白质溶液中蛋白质二级结构在压力作用的运动顺序。
11、于本专利技术一实施例中，所述体系压力p＝aδv2+bδv+c，其中δv为所述标压物质在压力敏感谱带的峰位移，a、b和c为预设系数。
12、于本专利技术一实施例中，所述二阶导数光谱求算模块首先对所述单点红外光谱进行基于savitzky-golay平滑算法的平滑处理获取平滑光谱组；再对所述平滑光谱组进行二阶导数光谱计算以获取所述二阶导数光谱。
13、于本专利技术一实施例中，所述分峰拟合模块对单点红外光谱酰胺i’谱带进行基线校正、分峰拟合后，计算各二级结构峰面积相较于总峰面积的比值，以获取各二级结构相对含量变化。
14、于本专利技术一实施例中，所述二维相关分析及二维空间分布分析模块首先对所述单点红外光谱进行基于savitzky-golay平滑算法的平滑处理获取平滑光谱组，再对所述平滑光谱组进行二维相关计算，最后通过同步和异步二维相关光谱的结果分析所述蛋白质二级结构在压力作用的运动顺序。
15、于本专利技术一实施例中，所述二维相关分析及二维空间分布分析模块在所述红外光谱成像图中按照像素位置添加各个像素点处的蛋白质二级结构的相对含量，获取蛋白质二级结构含量分布图。
16、如上所述，本专利技术所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，具有以下有益效果：
17、(1)同步辐射光谱采集充分结合了同步辐射光高亮度的优势，在蛋白质溶液样品处最小光斑尺寸可达5x5μm，同时光谱具有较高的信噪比，其空间分辨率可达红外光的衍射极限；对5μm尺寸以上的蛋白质聚集体具有良好的二级结构分析能力，可实现在采集红外光谱的同时实时观察蛋白质溶液的变化，并可实现高精度、高空间分辨率的红外光谱成像；
18、(2)高压产生模块整体装配高度控制在22mm以下，适配红外显微镜15x镜头的工作距离；当金刚石砧面为400μm，垫片厚度为100μm，高压模块最高压力可达10gpa完全满足蛋白质构象转变的压力范围；
19、(3)通过求算不同压力下的二阶导数光谱，可以获得蛋白质各二级结构峰位和强度随压力的变化信息；通过对酰胺i’谱带的分峰拟合可以获得蛋白质各二级结构相对含量的变化；通过二维相关光谱的计算，可以获得在压力诱导下，蛋白质各二级结构运动的先后顺序；通过对蛋白质聚集体的二维空间成像分析可以获得蛋白质在本体溶液及聚集体中含量及二级结构的分布变化。
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1.一种蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：包括同步辐射红外光源模块、傅里叶变换红外光谱仪、红外显微镜及高压产生模块、数据处理模块和构象分析及二维空间分布分析模块；
2.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述高压产生模块设置在所述红外显微镜的样品台上，所述高压产生模块中两个金刚石压砧对顶设置在套筒上，中间由垫片隔离，所述垫片的孔壁和所述两个金刚石压砧的砧面构成一个密闭空间，所述密闭空间放置有传压介质、标压物质和所述蛋白质溶液。
3.根据权利要求2所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述压砧采用IIa型金刚石，所述垫片选用不锈钢材质或铼材质，所述传压介质采用D2O，所述标压物质采用硫酸钡或者α-石英。
4.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述单点红外光谱的分辨率4cm-1，扫描次数64次，单点扫描光阑大小30x30μm；二维空间的红外光谱成像的扫描光阑大小20x20μm，步长3x3μm。
5.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述构象分析及二
6.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述体系压力P＝aΔv2+bΔv+c，其中Δv为所述标压物质在压力敏感谱带的峰位移，a、b和c为预设系数。
7.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述二阶导数光谱求算模块首先对所述单点红外光谱进行基于Savitzky-Golay平滑算法的平滑处理获取平滑光谱组；再对所述平滑光谱组进行二阶导数光谱计算以获取所述二阶导数光谱。
8.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述分峰拟合模块对单点红外光谱酰胺I’谱带进行基线校正、分峰拟合后，计算各二级结构峰面积相较于总峰面积的比值，以获取各二级结构相对含量变化。
9.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述二维相关分析及二维空间分布分析模块首先对所述单点红外光谱进行基于Savitzky-Golay平滑算法的平滑处理获取平滑光谱组，再对所述平滑光谱组进行二维相关计算，最后通过同步和异步二维相关光谱的结果分析所述蛋白质二级结构在压力作用的运动顺序。
10.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述二维相关分析及二维空间分布分析模块在所述红外光谱成像图中按照像素位置添加各个像素点处的蛋白质二级结构的相对含量，获取蛋白质二级结构含量分布图。
...【技术特征摘要】
1.一种蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：包括同步辐射红外光源模块、傅里叶变换红外光谱仪、红外显微镜及高压产生模块、数据处理模块和构象分析及二维空间分布分析模块；
2.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述高压产生模块设置在所述红外显微镜的样品台上，所述高压产生模块中两个金刚石压砧对顶设置在套筒上，中间由垫片隔离，所述垫片的孔壁和所述两个金刚石压砧的砧面构成一个密闭空间，所述密闭空间放置有传压介质、标压物质和所述蛋白质溶液。
3.根据权利要求2所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述压砧采用iia型金刚石，所述垫片选用不锈钢材质或铼材质，所述传压介质采用d2o，所述标压物质采用硫酸钡或者α-石英。
4.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述单点红外光谱的分辨率4cm-1，扫描次数64次，单点扫描光阑大小30x30μm；二维空间的红外光谱成像的扫描光阑大小20x20μm，步长3x3μm。
5.根据权利要求1所述的蛋白质溶液构象变化分析系统，其特征在于：所述构象分析及二维空间分布分析模块包括溶液体系压力标定模块、二阶导数光谱求算模块、分峰拟合模块、二维相关分析及二维空间分布分析模块；
6.根据权利要求5所述的蛋白质溶液构...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟佳佳，周晓洁，俞文杰，谢鑫成，唐雨钊，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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