多肽电子捕获裂解质谱中三个基本问题的研究

Electron capture dissociation(ECD) mass spectrometry is widely used in the structural characterization of biomolecules. However, due to the injection of low energy electron into the precursor ions, the reaction process is complicated and the mechanism of ECD is still unclear. In this project, several fundamental questions, including the correlation between the precursor ion heterogeneity and the behavior of ECD product ions, effect of trivalent metal ion adduction on the ECD fragmentation, and the reactivity of hydrogen deficient peptide radical cation formed by electron capture induced electron transfer, will be studied. The main goal of this project is to provide fundamental information of ECD for biomolecular characterization.

电子捕获裂解质谱在生物分子结构分析与鉴定方面得到了广泛的应用。但是由于其反应过程中，需对母离子导入低能电子，其反应过程复杂，机理尚未明确。本课题在前期工作的基础上，拟采用模型肽段，研究多肽电子捕获裂解质谱中发现的三个基本问题，包括：模型肽母离子构象异质性与产物离子丰度和分布的关系；三价过渡金属离子作为电荷载体对多肽电子捕获裂解通道的调控作用；以及电子捕获诱导电子转移产生的贫氢多肽自由基阳离子的反应活性。通过对这些基本问题的研究，关联多肽母离子构象与电子捕获裂解行为，揭示金属离子对多肽电子捕获裂解通道调控的内在原因，以期为电子捕获裂解质谱技术在生物大分子分析方面提供基础的化学信息。

由于裂解过程中保留弱相互左右，非选择性的断裂多肽的主链N-Cα键和S-S键，基于电子捕获裂解的生物分子质谱分析技术在生物大分子的结构鉴定中得到了广泛的关注。在电子捕获，转移或者诱导裂解中，外界自由电子引入反应体系，使整个气相反应过程比较传统的“慢热”(slow-heating)型离子活化过程复杂，影响反应过程的多肽结构参数和机理尚不明确。目前关于电子捕获裂解的两个较常用的理论模型（ “super-base”即超级碱理论，和“hot-hydrogen”即热氢模型），都存在一定的缺陷，尚不能全面地解释电子捕获裂解实验现象。在本项目中，我们根据多肽电子捕获裂解质谱中母离子构象的异质性对于裂解过程的影响，发现了多肽离子构象中不同类型“梯形”氢键对裂解产生序列离子产生的促进和抑制作用的内在机制；研究了金属离子作为电荷载体对于多肽电子捕获裂解通道的调控作用，提出了影响和改变多肽裂解通道的金属离子和多肽-复合物的结构参数；首次通过碰撞裂解获得了二价多肽贫氢阳离子，并发现其电子捕获裂解通道会“反转”产生典型的富氢自由基阳离子序列离子。此外，发明了一种基于V-型离子漏斗的离子传输装置，提高了电喷雾中产生的目标离子的信号强度，实现了低响应金属离子-多肽复合物的电子捕获裂解质谱分析；研制了一套微型在线微萃取-膜喷雾离子源装置，实现了磷酸化肽段的直接富集-电子捕获裂解结构鉴定。通过本项目的研究，为多肽电子捕获裂解质谱分析提供了新的基础化学信息。