【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于蛋白質(zhì)分析，涉及一種蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、高壓作為一種外界擾動因素可以引起維持生物大分子構(gòu)象的弱相互作用發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)去折疊過程的發(fā)生。蛋白質(zhì)的錯誤折疊會使其容易聚集并導(dǎo)致正常生理功能受到影響，進(jìn)而誘發(fā)多種疾病的發(fā)生。因此，研究壓力作用下溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化有著重要的意義。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)作為一種傳統(tǒng)的強(qiáng)有力的技術(shù)，可以從分子振動的角度出發(fā)，來研究高壓作用下蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化。
2、常見的高壓產(chǎn)生裝置由一對金剛石壓砧組成，其砧面大小和墊片厚度決定了該裝置所能產(chǎn)生的壓力。通常幾百微米大小的砧面能產(chǎn)生蛋白質(zhì)構(gòu)象變化所需的壓力。傳統(tǒng)紅外光譜儀的光斑大小約為5mm左右，遠(yuǎn)大于金剛石壓砧觀察窗口的尺寸，需要在光譜儀的主樣品倉安裝聚焦鏡等光學(xué)元件縮聚紅外光斑才能獲得足夠的紅外光能量。此方法操作不便且不能實時觀測蛋白質(zhì)溶液的變化。紅外顯微鏡則可以在觀察對頂砧壓腔中蛋白質(zhì)溶液變化的同時檢測其紅外信號的變化。
3、然而，如采用傳統(tǒng)的熱輻射光源，當(dāng)顯微鏡頭為15x，光闌孔徑低于30×30μm時光譜的信噪比差，無法提供有效的信號。蛋白質(zhì)溶液在高壓下去折疊后可形成小于30μm的聚集顆粒，利用傳統(tǒng)紅外譜學(xué)顯微技術(shù)來研究蛋白質(zhì)顆粒的結(jié)構(gòu)變化因此受到限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，基于同步輻射紅外光源在高壓環(huán)境中分析溶液中蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，滿足實際應(yīng)用的需求。
2、本專利技術(shù)提供一種蛋
3、于本專利技術(shù)一實施例中，所述高壓產(chǎn)生模塊設(shè)置在所述紅外顯微鏡的樣品臺上，所述高壓產(chǎn)生模塊中兩個金剛石壓砧對頂設(shè)置在套筒上，中間由墊片隔離，所述墊片的孔壁和所述兩個金剛石壓砧的砧面構(gòu)成一個密閉空間，所述密閉空間放置有傳壓介質(zhì)、標(biāo)壓物質(zhì)和所述蛋白質(zhì)溶液。
4、于本專利技術(shù)一實施例中，所述壓砧采用iia型金剛石，所述墊片選用不銹鋼材質(zhì)或錸材質(zhì)，所述傳壓介質(zhì)采用d2o，所述標(biāo)壓物質(zhì)采用硫酸鋇或者α-石英。
5、于本專利技術(shù)一實施例中，所述單點紅外光譜的分辨率4cm-1，掃描次數(shù)64次，單點掃描光闌大小30x30μm；二維空間的紅外光譜成像的掃描光闌大小20x20μm，步長3x3μm。
6、于本專利技術(shù)一實施例中，所述構(gòu)象分析及二維空間分布分析模塊包括溶液體系壓力標(biāo)定模塊、二階導(dǎo)數(shù)光譜求算模塊、分峰擬合模塊、二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊；
7、所述溶液體系壓力標(biāo)定模塊用于基于標(biāo)壓物質(zhì)的峰位移計算所述蛋白質(zhì)溶液的體系壓力；
8、所述二階導(dǎo)數(shù)光譜求算模塊用于基于不同壓力下的單點紅外光譜計算所述蛋白質(zhì)溶液的二階導(dǎo)數(shù)光譜，以分析所述蛋白質(zhì)溶液中蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的變化；
9、所述分峰擬合模塊用于基于單點紅外光譜酰胺i’譜帶進(jìn)行基線校正及分峰擬合，以獲取所述蛋白質(zhì)溶液中蛋白質(zhì)的各二級結(jié)構(gòu)相對含量變化；
10、所述二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊用于基于所述單點紅外光譜的二維相關(guān)計算，分析所述蛋白質(zhì)溶液中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)在壓力作用的運動順序。
11、于本專利技術(shù)一實施例中，所述體系壓力p＝aδv2+bδv+c，其中δv為所述標(biāo)壓物質(zhì)在壓力敏感譜帶的峰位移，a、b和c為預(yù)設(shè)系數(shù)。
12、于本專利技術(shù)一實施例中，所述二階導(dǎo)數(shù)光譜求算模塊首先對所述單點紅外光譜進(jìn)行基于savitzky-golay平滑算法的平滑處理獲取平滑光譜組；再對所述平滑光譜組進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)光譜計算以獲取所述二階導(dǎo)數(shù)光譜。
13、于本專利技術(shù)一實施例中，所述分峰擬合模塊對單點紅外光譜酰胺i’譜帶進(jìn)行基線校正、分峰擬合后，計算各二級結(jié)構(gòu)峰面積相較于總峰面積的比值，以獲取各二級結(jié)構(gòu)相對含量變化。
14、于本專利技術(shù)一實施例中，所述二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊首先對所述單點紅外光譜進(jìn)行基于savitzky-golay平滑算法的平滑處理獲取平滑光譜組，再對所述平滑光譜組進(jìn)行二維相關(guān)計算，最后通過同步和異步二維相關(guān)光譜的結(jié)果分析所述蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)在壓力作用的運動順序。
15、于本專利技術(shù)一實施例中，所述二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊在所述紅外光譜成像圖中按照像素位置添加各個像素點處的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的相對含量，獲取蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量分布圖。
16、如上所述，本專利技術(shù)所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，具有以下有益效果：
17、(1)同步輻射光譜采集充分結(jié)合了同步輻射光高亮度的優(yōu)勢，在蛋白質(zhì)溶液樣品處最小光斑尺寸可達(dá)5x5μm，同時光譜具有較高的信噪比，其空間分辨率可達(dá)紅外光的衍射極限；對5μm尺寸以上的蛋白質(zhì)聚集體具有良好的二級結(jié)構(gòu)分析能力，可實現(xiàn)在采集紅外光譜的同時實時觀察蛋白質(zhì)溶液的變化，并可實現(xiàn)高精度、高空間分辨率的紅外光譜成像；
18、(2)高壓產(chǎn)生模塊整體裝配高度控制在22mm以下，適配紅外顯微鏡15x鏡頭的工作距離；當(dāng)金剛石砧面為400μm，墊片厚度為100μm，高壓模塊最高壓力可達(dá)10gpa完全滿足蛋白質(zhì)構(gòu)象轉(zhuǎn)變的壓力范圍；
19、(3)通過求算不同壓力下的二階導(dǎo)數(shù)光譜，可以獲得蛋白質(zhì)各二級結(jié)構(gòu)峰位和強(qiáng)度隨壓力的變化信息；通過對酰胺i’譜帶的分峰擬合可以獲得蛋白質(zhì)各二級結(jié)構(gòu)相對含量的變化；通過二維相關(guān)光譜的計算，可以獲得在壓力誘導(dǎo)下，蛋白質(zhì)各二級結(jié)構(gòu)運動的先后順序；通過對蛋白質(zhì)聚集體的二維空間成像分析可以獲得蛋白質(zhì)在本體溶液及聚集體中含量及二級結(jié)構(gòu)的分布變化。
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1.一種蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：包括同步輻射紅外光源模塊、傅里葉變換紅外光譜儀、紅外顯微鏡及高壓產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和構(gòu)象分析及二維空間分布分析模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述高壓產(chǎn)生模塊設(shè)置在所述紅外顯微鏡的樣品臺上，所述高壓產(chǎn)生模塊中兩個金剛石壓砧對頂設(shè)置在套筒上，中間由墊片隔離，所述墊片的孔壁和所述兩個金剛石壓砧的砧面構(gòu)成一個密閉空間，所述密閉空間放置有傳壓介質(zhì)、標(biāo)壓物質(zhì)和所述蛋白質(zhì)溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述壓砧采用IIa型金剛石，所述墊片選用不銹鋼材質(zhì)或錸材質(zhì)，所述傳壓介質(zhì)采用D2O，所述標(biāo)壓物質(zhì)采用硫酸鋇或者α-石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述單點紅外光譜的分辨率4cm-1，掃描次數(shù)64次，單點掃描光闌大小30x30μm；二維空間的紅外光譜成像的掃描光闌大小20x20μm，步長3x3μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述構(gòu)象分析及二
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述體系壓力P＝aΔv2+bΔv+c，其中Δv為所述標(biāo)壓物質(zhì)在壓力敏感譜帶的峰位移，a、b和c為預(yù)設(shè)系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述二階導(dǎo)數(shù)光譜求算模塊首先對所述單點紅外光譜進(jìn)行基于Savitzky-Golay平滑算法的平滑處理獲取平滑光譜組；再對所述平滑光譜組進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)光譜計算以獲取所述二階導(dǎo)數(shù)光譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述分峰擬合模塊對單點紅外光譜酰胺I’譜帶進(jìn)行基線校正、分峰擬合后，計算各二級結(jié)構(gòu)峰面積相較于總峰面積的比值，以獲取各二級結(jié)構(gòu)相對含量變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊首先對所述單點紅外光譜進(jìn)行基于Savitzky-Golay平滑算法的平滑處理獲取平滑光譜組，再對所述平滑光譜組進(jìn)行二維相關(guān)計算，最后通過同步和異步二維相關(guān)光譜的結(jié)果分析所述蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)在壓力作用的運動順序。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊在所述紅外光譜成像圖中按照像素位置添加各個像素點處的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的相對含量，獲取蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量分布圖。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：包括同步輻射紅外光源模塊、傅里葉變換紅外光譜儀、紅外顯微鏡及高壓產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和構(gòu)象分析及二維空間分布分析模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述高壓產(chǎn)生模塊設(shè)置在所述紅外顯微鏡的樣品臺上，所述高壓產(chǎn)生模塊中兩個金剛石壓砧對頂設(shè)置在套筒上，中間由墊片隔離，所述墊片的孔壁和所述兩個金剛石壓砧的砧面構(gòu)成一個密閉空間，所述密閉空間放置有傳壓介質(zhì)、標(biāo)壓物質(zhì)和所述蛋白質(zhì)溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述壓砧采用iia型金剛石，所述墊片選用不銹鋼材質(zhì)或錸材質(zhì)，所述傳壓介質(zhì)采用d2o，所述標(biāo)壓物質(zhì)采用硫酸鋇或者α-石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述單點紅外光譜的分辨率4cm-1，掃描次數(shù)64次，單點掃描光闌大小30x30μm；二維空間的紅外光譜成像的掃描光闌大小20x20μm，步長3x3μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象變化分析系統(tǒng)，其特征在于：所述構(gòu)象分析及二維空間分布分析模塊包括溶液體系壓力標(biāo)定模塊、二階導(dǎo)數(shù)光譜求算模塊、分峰擬合模塊、二維相關(guān)分析及二維空間分布分析模塊；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)溶液構(gòu)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘佳佳，周曉潔，俞文杰，謝鑫成，唐雨釗，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海高等研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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