Диссоциация с переносом электрона
Электронно-переносная диссоциация ( ЭТД ) — метод фрагментации многозарядных газообразных макромолекул в масс-спектрометре между этапами тандемной масс-спектрометрии (МС/МС). [1] Подобно диссоциации с электронным захватом , ETD вызывает фрагментацию крупных многозарядных катионов путем передачи электронов . им [2] ETD широко используется с полимерами и биологическими молекулами, такими как белки и пептиды, для анализа последовательностей . [3] Перенос электрона вызывает основной цепи пептида расщепление на c- и z-ионы , оставляя при этом лабильные посттрансляционные модификации (PTM) нетронутыми. [4] Этот метод хорошо работает только для ионов пептидов или полимеров с более высоким зарядом (z>2). [2] Однако по сравнению с диссоциацией, индуцированной столкновениями (CID), ETD предпочтителен для фрагментации более длинных пептидов или даже целых белков. [5] Это делает этот метод важным для протеомики сверху вниз . Метод был разработан Хантом и его коллегами из Университета Вирджинии . [6]
История
[ редактировать ]Электронно-захватная диссоциация (ECD) была разработана в 1998 году для фрагментации крупных белков для масс-спектрометрического анализа. [7] Поскольку для ДЭЗ требуется большое количество околотепловых электронов (<0,2 эВ), первоначально он использовался исключительно с масс-спектрометрией ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье (FTICR), самой дорогой формой приборов МС. [8] Менее дорогостоящие варианты, такие как квадрупольные времяпролетные приборы (Q-TOF), квадрупольная ионная ловушка (QIT) и линейная квадрупольная ионная ловушка (QLT), использовали более энергоемкий метод диссоциации, индуцированной столкновениями (CID), что приводило к случайным фрагментация пептидов и белков. [9] В 2004 году Сика и др. объявил о создании ETD, метода диссоциации, аналогичного ECD, но с использованием недорогого и широко доступного коммерческого спектрометра. Первые эксперименты ETD были проведены на масс-спектрометре QLT с источником ионизации электрораспылением (ESI). [10]
Принцип работы
[ редактировать ]Диссоциация с переносом электрона включает несколько этапов. Обычно белковую смесь сначала разделяют с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Следующие многопротонированные молекулы-предшественники генерируются путем ионизации электрораспылением и вводятся в масс-спектрометр. (В ETD можно использовать только молекулы с зарядом 2+ или выше.) Чтобы электрон перешел к положительным молекулам-предшественникам, генерируются анионы-радикалы, которые вместе с ними помещаются в ионную ловушку. Во время реакции ион/ион электрон переносится к положительно заряженному белку или пептиду, вызывая фрагментацию вдоль основной цепи пептида. Наконец, полученные фрагменты подвергают массовому анализу. [11]
Препарат радикального аниона
[ редактировать ]В первоначальных экспериментах ETD антрацен (C 14 H 10 ) использовался для генерации реактивных анионов-радикалов посредством отрицательной химической ионизации . [10] несколько молекул полициклических ароматических углеводородов В последующих экспериментах было использовано флуорантен . , причем предпочтительным реагентом в настоящее время является [12] Однако эффективность переноса электронов у флуорантена составляет лишь около 40%, поэтому ведется поиск других молекул с низким сродством к электрону. [11]
Инъекция и фрагментация
[ редактировать ]
Когда катионы-предшественники (белки или пептиды) и анион-радикалы объединяются в ионной ловушке, электрон переносится на многозарядный катион. При этом образуется нестабильный положительный катион-радикал с одним положительным зарядом меньше и нечетным электроном. [13] Фрагментация происходит вдоль основной цепи пептида по связи N-Cα, в результате чего образуются фрагментированные ионы c- и z-типа. [14]
Массовый анализ
[ редактировать ]Фрагментация, вызванная ETD, позволяет получить более полную информацию о последовательностях белков из спектров ETD, чем из тандемной масс-спектрометрии CID. Поскольку обнаруживаются многие ионы c- и z-типа пептидного остова, по спектрам фрагментации ETD можно обнаружить почти полное покрытие последовательности многих пептидов. [15] Последовательности из 15-40 аминокислот как на N-конце, так и на C-конце белка можно прочитать, используя значения отношения массы к заряду для одно- и двухзарядных ионов. Эти последовательности вместе с измеренной массой интактного белка можно сравнить с записями в базе данных для известных белков и выявить посттрансляционные модификации. [16]
Инструментарий
[ редактировать ]
Диссоциация с переносом электрона происходит в масс-спектрометре с ионной ловушкой и источником ионизации электрораспылением. В первых экспериментах ETD в Университете Вирджинии использовалась радиочастотная квадрупольная линейная ионная ловушка (LQT), модифицированная источником химической ионизации (CI) на задней стороне прибора (см. Диаграмму справа). [10] Поскольку спектр можно получить примерно за 300 миллисекунд, жидкостную хроматографию часто сочетают с ETD MS/MS. [11] Недостатком использования LQT является то, что разрешающая способность по массе меньше, чем у других масс-спектрометров. [14]
В последующих исследованиях были опробованы другие инструменты для улучшения разрешения по массе. Наличие отрицательного источника ХИ на задней панели прибора мешало работе анализатора высокого разрешения в LQT-Orbitrap и квадрупольном времяпролетном режиме (QTOF), поэтому были введены альтернативные методы ионизации для анионов-радикалов. [11]
В 2006 году группа из Университета Пердью под руководством Скотта Маклаки использовала тандемный масс-спектрометр квадруполь/времяпролета (QqTOF) с импульсным источником двойной ионизации нано-ESI/химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) с использованием анион-радикалов 1,3- динитробензол в качестве донора электронов. [17] Позже лаборатория Висконсинского университета адаптировала гибридный квадрупольный масс-спектрометр с линейной ионной ловушкой и орбитальной ловушкой для использования ETD. В этом методе также использовался метод фронтальной ионизации анион-радикалов 9-антраценкарбоновой кислоты с помощью импульсных двойных источников ESI. [18]
Поскольку ETD становится все более популярным для анализа структуры белков и пептидов, его внедрение на легкодоступных масс-спектрометрах с ионными ловушками в сочетании с масс-анализаторами высокого разрешения продолжает развиваться. [19]
Приложения
[ редактировать ]Протеомика
[ редактировать ]ETD широко используется при анализе белков и крупных пептидов. Важные посттрансляционные модификации, включая фосфорилирование , гликозилирование и дисульфидные связи, анализируются с использованием ETD. [20]
Полимерная химия
[ редактировать ]Хотя анализы полимеров на основе МС в основном проводились с использованием одноэтапной МС, тандемная МС также использовалась для характеристики полимерных компонентов. CID является наиболее распространенным методом диссоциации, но ETD используется как дополнительный метод. Уникальные разрывы связей, возникающие в результате ETD, предоставляют ценную диагностическую информацию. [2]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. п. 128. ИСБН 978-0-470-11848-1 .
- ^ Jump up to: а б с Харт-Смит, Джин (15 января 2014 г.). «Обзор тандемной масс-спектрометрии диссоциации с захватом и переносом электрона в химии полимеров». Аналитика Химика Акта . Полимерная масс-спектрометрия. 808 : 44–55. Бибкод : 2014AcAC..808...44H . дои : 10.1016/j.aca.2013.09.033 . ПМИД 24370092 .
- ^ Бродбелт, Дженнифер С. (11 декабря 2015 г.). «Методы ионной активации пептидов и белков» . Аналитическая химия . 88 (1): 30–51. дои : 10.1021/acs.analchem.5b04563 . ПМЦ 5553572 . ПМИД 26630359 .
- ^ Кун, Джошуа Дж.; Сика, Джон Э.П.; Шабановиц, Джеффри; Хант, Дональд Ф. (апрель 2005 г.). «Тандемная масс-спектрометрия для анализа последовательностей пептидов и белков» . БиоТехники . 38 (4): 519, 521, 523. doi : 10.2144/05384te01 . ПМИД 15884666 .
- ^ Хорошо, Дэвид М.; Виртала, Мэтью; Макалистер, Грэм С.; Кун, Джошуа Дж. (1 ноября 2007 г.). «Рабочие характеристики масс-спектрометрии с переносом электрона и диссоциацией» . Молекулярная и клеточная протеомика . 6 (11): 1942–1951. дои : 10.1074/mcp.M700073-MCP200 . ISSN 1535-9476 . ПМИД 17673454 .
- ^ Патент США 7534622 , Дональд Ф. Хант, Джошуа Дж. Кун, Джон Э. П. Сика, Джаррод А. Марто, «Диссоциация с переносом электрона для масс-спектрометрического анализа последовательностей биополимеров», выдан 19 мая 2009 г.
- ^ Зубарев Роман А.; Келлехер, Нил Л.; Маклафферти, Фред В. (1 апреля 1998 г.). «Диссоциация с электрозахватом многозарядных катионов белка. Неэргодический процесс». Журнал Американского химического общества . 120 (13): 3265–3266. дои : 10.1021/ja973478k . ISSN 0002-7863 .
- ^ Маклафферти, Фред В.; Хорн, Дэвид М.; Брейкер, Катрин; Ге, Ин; Льюис, Марк А.; Серда, Блас; Зубарев Роман А.; Карпентер, Барри К. (01 марта 2001 г.). «Диссоциация с электронным захватом газообразных многозарядных ионов методом ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 12 (3): 245–249. Бибкод : 2001JASMS..12..245M . дои : 10.1016/S1044-0305(00)00223-3 . ISSN 1044-0305 . ПМИД 11281599 . S2CID 45275450 .
- ^ Митчелл Уэллс, Дж.; Маклаки, Скотт А. (1 января 2005 г.). «Вызванная столкновениями диссоциация (CID) пептидов и белков». Биологическая масс-спектрометрия . Методы энзимологии. Том. 402. стр. 148–185. дои : 10.1016/s0076-6879(05)02005-7 . ISBN 9780121828073 . ПМИД 16401509 .
- ^ Jump up to: а б с Сика Дж.Э., Кун Дж.Дж., Шредер М.Дж., Шабановиц Дж., Хант Д.Ф. (2004). «Анализ последовательностей пептидов и белков методом масс-спектрометрии диссоциации с переносом электронов» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 101 (26): 9528–33. Бибкод : 2004PNAS..101.9528S . дои : 10.1073/pnas.0402700101 . ПМК 470779 . ПМИД 15210983 .
- ^ Jump up to: а б с д Ким, Мин-Сик; Пандей, Ахилеш (1 февраля 2012 г.). «Масс-спектрометрия диссоциации с переносом электрона в протеомике» . Протеомика . 12 (4–5): 530–542. дои : 10.1002/pmic.201100517 . ISSN 1615-9861 . ПМЦ 3664229 . ПМИД 22246976 .
- ^ Чи, Ан; Хаттенхауэр, Кертис; Гир, Льюис Ю.; Кун, Джошуа Дж.; Сика, Джон Э.П.; Бай Дина Л.; Шабановиц, Джеффри; Берк, Дэниел Дж.; Троянская, Ольга Георгиевна (13 февраля 2007 г.). «Анализ сайтов фосфорилирования белков Saccharomyces cerevisiae методом масс-спектрометрии диссоциации с переносом электрона (ETD)» . Труды Национальной академии наук . 104 (7): 2193–2198. Бибкод : 2007PNAS..104.2193C . дои : 10.1073/pnas.0607084104 . ISSN 0027-8424 . ПМК 1892997 . ПМИД 17287358 .
- ^ «Диссоциация переноса электрона» . Национальная лаборатория сильных магнитных полей . 28 августа 2015 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Ци, Юлин; Волмер, Дитрих А. (01 октября 2015 г.). «Методы электронной фрагментации в масс-спектрометрии: обзор» . Обзоры масс-спектрометрии . 36 (1): 4–15. Бибкод : 2017MSRv...36....4Q . дои : 10.1002/mas.21482 . ISSN 1098-2787 . ПМИД 26445267 .
- ^ Чжан, Цибинь; Фролов, Андрей; Тан, Нин; Хоффманн, Ральф; ван де Гур, Том; Мец, Томас О.; Смит, Ричард Д. (15 марта 2007 г.). «Применение масс-спектрометрии диссоциации с переносом электрона в анализе неферментативно гликированных пептидов» . Быстрая связь в масс-спектрометрии . 21 (5): 661–666. Бибкод : 2007RCMS...21..661Z . дои : 10.1002/rcm.2884 . ISSN 1097-0231 . ПМЦ 2731431 . ПМИД 17279487 .
- ^ Чи, Ан; Бай Дина Л.; Гир, Льюис Ю.; Шабановиц, Джеффри; Хант, Дональд Ф. (1 января 2007 г.). «Анализ интактных белков в хроматографическом временном масштабе методом тандемной масс-спектрометрии с переносом электрона» . Международный журнал масс-спектрометрии . Почетный выпуск Дональда Ф. Ханта. 259 (1–3): 197–203. Бибкод : 2007IJMSp.259..197C . дои : 10.1016/j.ijms.2006.09.030 . ПМК 1826913 . ПМИД 17364019 .
- ^ Ся, Ю; Крисман, Пол А.; Эриксон, Дэвид Э.; Лю, Цзянь; Лян, Сяорун; Лондонри, Фрэнк А.; Ян, Мин Дж.; Маклаки, Скотт А. (1 июня 2006 г.). «Реализация ионно-ионных реакций в квадрупольно-времяпролетном тандемном масс-спектрометре» . Аналитическая химия . 78 (12): 4146–4154. дои : 10.1021/ac0606296 . ISSN 0003-2700 . ПМЦ 2575740 . ПМИД 16771545 .
- ^ Макалистер, Грэм С.; Фэнстиэль, Дуг; Хорошо, Дэвид М.; Берггрен, В. Трэвис; Кун, Джошуа Дж. (1 мая 2007 г.). «Реализация диссоциации с переносом электрона на гибридном масс-спектрометре с линейной ионной ловушкой и орбитальной ловушкой» . Аналитическая химия . 79 (10): 3525–3534. дои : 10.1021/ac070020k . ISSN 0003-2700 . ПМЦ 2662514 . ПМИД 17441688 .
- ^ Журов Константин О.; Форнелли, Лука; Удрич, Мэтью Д.; Ласкай, Юниге А.; Цыбин, Юрий О. (28 мая 2013 г.). «Принципы масс-спектрометрии диссоциации захвата и переноса электронов применительно к анализу структуры пептидов и белков». Обзоры химического общества . 42 (12): 5014–30. дои : 10.1039/c3cs35477f . ISSN 1460-4744 . ПМИД 23450212 .
- ^ Виснер, Джулия; Премслер, Томас; Зикманн, Альберт (1 ноября 2008 г.). «Применение диссоциации с переносом электрона (ETD) для анализа посттрансляционных модификаций» . Протеомика . 8 (21): 4466–4483. дои : 10.1002/pmic.200800329 . ISSN 1615-9861 . ПМИД 18972526 . S2CID 206362597 .
| Источник ионов | |
|---|---|
| Масс-анализатор | |
| Детектор | |
| Комбинация МС | |
| Фрагментация | |
