一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法。本解析方法基于所述质谱的原始一级和二级质谱，通过计算重叠同位素峰的理想实验强度及其与实际实验强度的偏差从而计算重叠同位素峰在各同位素轮廓中的实际分配强度。与现有技术相比，本发明的解析方法对重叠同位素峰的强度的解析和拆分计算量小，通量高，准确度高，适用于生物大分子(如蛋白质，糖类)质谱及串级质谱高效解析及结构准确鉴定。
【专利说明】一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，主要涉及与生物质谱相关 的系统生物学领域，包括蛋白质组学、代谢组学、糖组学等【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着软电离技术（如电喷雾电离）及高分辨质量分析器（如轨道阱）的发展和商 业化，质谱越来越多地用于生物大分子（如蛋白质、多糖）的分析。
[0003] 中国专利CN 103389335 A公布了一种通过分析生物大分子质谱数据来鉴定生物 大分子一级结构和组成的分析装置和方法。该分析装置和方法基于所述生物大分子的原始 一级和二级质谱，通过同位素峰质荷比及轮廓指纹比对从而对该生物大分子进行鉴定。上 述分析装置和方法直接利用质谱仪所采集的原始实验质谱数据，对前体离子和碎片离子同 位素轮廓中每个原始实验同位素峰的精确质荷比和相对强度与相应的理论值进行比对，分 别用于从数据库中找到候选生物大分子和利用串级质谱确认其中可信度最高的一个，从而 对生物分子进行高可信度的定性、定量分析。
[0004] 质谱测量这些大分子的带电离子（前体离子，一级质谱）和相应的碎片（碎片离 子，二级质谱）。质谱是横轴为质荷比、纵轴为强度的二维谱图。由于同位素的存在，所有离 子（包括前体离子和碎片离子）在质谱中均为包含若干个同位素峰的同位素轮廓。因为质 谱横轴，也就是质量分析器对质荷比的分析的有一定的范围（如500-2000)，而生物大分子 的碎片较多（且每个碎片一般以多个价态出现），二级质谱中碎片离子的同位素轮廓有较 为密集的重叠。传统基于"去卷积"（也称作去同位素）的方法未能对这些重叠同位素轮廓 进行有效的解析和拆分；新近发展的"同位素轮廓指纹比对"算法中的比例配分法虽然准确 度高，但速度较慢。
【发明内容】
[0005] 本发明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计算量小、通量 高、准确度高的生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，包括以下步骤：
[0008] (1)由质谱图中实验同位素轮廓与数据库中理论同位素轮廓的指纹比对找出重叠 离子及其所有同位素峰的理论相对强度与实验绝对强度，包括重叠同位素峰的理论相对强 度与实际实验绝对强度之和；
[0009] (2)以各参与重叠的离子的理论同位素轮廓中无重叠的最高峰作为参考峰，对相 应的实验同位素轮廓中每个同位素峰的实验强度进行归一化；
[0010] (3)计算重叠同位素峰在各个重叠离子中的理想实验绝对强度；
[0011] (4)计算重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强 度偏差；
[0012] (5)计算重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度。
[0013] 步骤（3)中，重叠同位素峰在各个重叠离子中的理想实验绝对强度通过以下公式 计算得到：
[0014] 各重叠同位素峰的理想实验绝对强度=各参与重叠的同位素峰的理论相对强度* 参考同位素峰实际实验绝对强度/参考同位素峰理论相对强度。
[0015] 步骤（4)中，重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和 的强度偏差通过以下公式计算得到：
[0016] 重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强度偏差 =[重叠同位素峰的实际实验绝对强度之和-(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验 绝对强度总和）v(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验绝对强度总和）。
[0017] 步骤（5)中，重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度通过以下 公式计算得到：
[0018] 重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度=重叠同位素峰在各 重叠离子中的理想实验绝对强度* (1+重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实 验绝对强度之和的强度偏差）。
[0019] 根据计算得到的重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度，做出 解析后的同位素轮廓指纹比对图。
[0020] 本发明涉及的方法同样适用于其他质谱以及任何二维数据中重叠轮廓信息和数 据的解析。
[0021] 与现有技术相比，本发明的解析方法基于所述质谱的原始一级和二级质谱，通过 计算重叠同位素峰的理想实验强度及其与实际实验强度的偏差从而计算重叠同位素峰在 各重叠同位素轮廓中的实际分配强度。本发明的解析方法对重叠同位素峰的强度的解析和 拆分计算量小，通量高，准确度高，适用于生物大分子（如蛋白质、糖类）串级质谱高效解析 及结构准确鉴定。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图IA为泛素蛋白高能碰撞诱导解离二级质谱中碎片离子y52_6+质荷比为 982. 37582和983. 388428的重叠同位素峰（图中箭头标注）重叠解析前的同位素轮廓指纹 比对图；
[0023] 图IB为泛素蛋白高能碰撞诱导解离二级质谱中碎片离子y52_6+质荷比为 982. 37582和983. 388428的重叠同位素峰（图中箭头标注）重叠解析后的同位素轮廓指纹 比对图；
[0024] 图2A为泛素蛋白高能碰撞诱导解离二级质谱中碎片离子y61-H20_7+质荷比为 982. 37582和983. 388428的重叠同位素峰（图中箭头标注）重叠解析前的同位素轮廓指纹 比对图；
[0025] 图2B为泛素蛋白高能碰撞诱导解离二级质谱中碎片离子y61-H20_7+质荷比为 982. 37582和983. 388428的重叠同位素峰（图中箭头标注）重叠解析后的同位素轮廓指纹 比对图。
[0026] 图中m/z为质荷比，Abundance (a. u.)为任意单位绝对实验强度；Theo.为理论同 位素轮廓，Exp.为实验同位素轮廓。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028] 实施例
[0029] -种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，包括以下步骤：
[0030] (1)由质谱图中实验同位素轮廓与数据库中理论同位素轮廓的指纹比对找出重叠 离子及其所有同位素峰的理论相对强度与实验绝对强度，包括重叠同位素峰的理论相对强 度与实际实验绝对强度之和；
[0031] (2)以各参与重叠的离子的理论同位素轮廓中无重叠的最高峰作为参考峰，对相 应的实验同位素轮廓中每个同位素峰的实验强度进行归一化；
[0032] (3)计算重叠同位素峰在各个重叠离子中的理想实验绝对强度：
[0033] 各重叠同位素峰的理想实验绝对强度=各参与重叠的同位素峰的理论相对强度* 参考同位素峰实际实验绝对强度/参考同位素峰理论相对强度；
[0034] (4)计算重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强 度偏差：
[0035] 重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强度偏差 =[重叠同位素峰的实际实验绝对强度之和_(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验 绝对强度总和）V(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验绝对强度总和）；
[0036] (5)计算重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度：
[0037] 重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度=重叠同位素峰在各 重叠离子中的理想实验绝对强度* (1+重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实 验绝对强度之和的强度偏差）。
[0038] 然后根据计算得到的重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度， 做出解析后的同位素轮廓指纹比对图。
[0039] 下面以泛素蛋白高能碰撞诱导解离二级质谱中y52_6+和y61-H20_7+两个重叠 离子的解析和拆分为例说明本解析方法的具体实施步骤和结果，如表1和图IA?图2B所 示。表1的行和列分别用阿拉伯数字和英文字母进行标记，格子则用字母和数字的组合来 表示，如B6表示第B列第6行。对于质荷比在982. 385132处的重叠同位素峰，第一步分别 用B7*D8/B8和B12*D13/B13计算y52-6+和y61-H20-7+离子的理想实验绝对强度，即格子 E3和F3中的数值；第二步，用公式（D3-(E3+F3)V(E3+F3)计算实际实验绝对强度之和相 对于理想实验绝对强度之和的强度偏差，即格子G3中的数值；第三步，用公式E3*(l+G3)和 F3* (1+G3)分别计算y52-6+和y61-H20-7+离子质荷比为982. 385132的同位素峰的实际实 验绝对强度。从表1列H和列G中相对强度偏差的比较来看，解析后的误差较解析前分别 下降了 88和125个百分点。y52-6+和y61-H20-7+离子的另外一个重叠同位素峰（质荷比 983. 388428)按上述同样的步骤进行解析和拆分后的结果也列于表1中。y52-6+离子重叠 同位素峰解析前后的同位素轮廓指纹比对图分别于图1A、图IB所示。y61-H20-7+离子重 叠同位素峰解析前后的同位素轮廓指纹比对图如图2A、图2B所示。
[0040] 表 1
[0041]
【权利要求】
1. 一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 由质谱图中实验同位素轮廓与数据库中理论同位素轮廓的指纹比对找出重叠离子 及其所有同位素峰的理论相对强度与实验绝对强度，包括重叠同位素峰的理论相对强度与 实际实验绝对强度之和； (2) 以各参与重叠的离子的理论同位素轮廓中无重叠的最高峰作为参考峰，对相应的 实验同位素轮廓中每个同位素峰的实验强度进行归一化； (3) 计算重叠同位素峰在各个重叠离子中的理想实验绝对强度； (4) 计算重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强度偏 差； (5) 计算重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度。
2. 根据权利要求1所述的一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，其特征在于，步 骤（3)中，重叠同位素峰在各个重叠离子中的理想实验绝对强度通过以下公式计算得到： 各重叠同位素峰的理想实验绝对强度=各参与重叠的同位素峰的理论相对强度*参 考同位素峰实际实验绝对强度/参考同位素峰理论相对强度。
3. 根据权利要求2所述的一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，其特征在于，步 骤（4)中，重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强度偏差 通过以下公式计算得到： 重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝对强度之和的强度偏差= [重叠同位素峰的实际实验绝对强度之和-(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验绝 对强度总和）V(重叠同位素峰在各重叠离子中的理想实验绝对强度总和）。
4. 根据权利要求3所述的一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，其特征在于，步 骤（5)中，重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度通过以下公式计算得 到： 重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度=重叠同位素峰在各重叠 离子中的理想实验绝对强度*(1+重叠同位素峰实际实验绝对强度之和相对于理想实验绝 对强度之和的强度偏差）。
5. 根据权利要求1所述的一种生物质谱重叠同位素轮廓的解析方法，其特征在于，根 据计算得到的重叠同位素峰在各参与重叠的离子中的实际实验绝对强度，做出解析后的同 位素轮廓指纹比对图。
【文档编号】G01N27/62GK104359967SQ201410593905
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】田志新 申请人:同济大学