Bestimmung der Gas-Phase Aciditäten von Oligopeptides

Die Aciditäten Aminosäurereste gehören zu den wichtigsten thermochemischen Eigenschaften, die die Strukturen zu beeinflussen, die Reaktivität und die Faltungs-Entfaltungs-Prozesse von Proteinen ^9,19. Einzelne Aminosäurereste zeigen oft unterschiedliche effektive Aciditäten je nach ihren Standorten in Proteinen. Insbesondere die Reste an den aktiven Zentren befinden zeigen oft deutlich gestört Aciditäten. Ein solches Beispiel ist der Cysteinrest mit Wohnsitz in den aktiven Zentren des Thioredoxin super-Familie von Enzymen ^20,21. Das aktive Zentrum Cystein ist ungewöhnlich sauren im Vergleich zu denen in entfaltete Proteine ^​​3-5. Es wurde vorgeschlagen, dass die Helix-Konformation kann einen wesentlichen Beitrag zur ungewöhnlichen Säure haben. Es gibt umfangreiche experimentelle Untersuchungen über die Säure-Base-Eigenschaften von Peptiden in Lösungen durchgeführt, insbesondere in wässrigen Lösungen ^2,6-8. Die Ergebnisse wurden oft von Lösungsmitteleffekte kompliziert^7. In der Tat sind die meisten der aktiven Stellen in Proteinen in der Nähe des inneren Bereichs in dem Lösungsmittel ^9,10 Wirkungen minimiert befinden.

Um intrinsische Säure-Base-Eigenschaften von Peptiden und Proteinen zu verstehen, ist es wichtig für die Durchführung der Untersuchungen in einer lösungsmittelfreien Umgebung. Hier stellen wir eine Massenspektrometrie-basierte Verfahren zur Bestimmung der Gasphase Säure. Der Ansatz wird als erweiterte Cooks kinetische Methode bezeichnet. Diese Methode wurde erfolgreich in einer Vielzahl von chemischen Systemen zur Bestimmung von verschiedenen thermochemischen Eigenschaften, wie z. B. der Gasphase Säure, die Protonen-Affinität, die Affinität für Metallionen, die Elektronenaffinität und der Ionisierungsenergie ^{11-15 angelegt, 22-26.} Wir haben diese Methode, um die Gas-Phase Aciditäten einer Reihe von Oligo-Cystein und Cystein-Polyalanin Polyglycin Peptide ^17,18,27 bestimmen angewendet. Diese Studien zeigen, dass die N-terminalen Cystein Peptides sind deutlich saurer als die entsprechenden C-terminalen diejenigen. Die hohe Acidität der ersteren sind wahrscheinlich auf die schraubenförmigen Konformationseffekte in dem das Thiolat-Anion stark durch die Wechselwirkung mit der Wendel Makro-Dipol stabilisiert wird. Aufgrund der nicht-flüchtige und thermisch instabil sind Peptide, die kinetische Methode ist es am praktischsten derzeit vorliegenden einigermaßen genaue Säure-Base-thermochemischen Mengen von Peptiden ²⁸ zu erzeugen.

Das allgemeine Schema und die Gleichung mit der kinetischen Verfahren zusammenhängen, sind in 1 gezeigt. Die Bestimmung der Gasphase Säure eines Peptids (AH) mit der Bildung einer Reihe von Protonen-gebundenen Clusteranionen [A • h • A _i] ¯ (oder [A ¯ • H ⁺ • A ¯ _i] ¯), in der Ionenquelle Region des Massenspektrometers, wobei A ¯ A ¯ _i sind die deprotonierte Form des Peptids unddie Referenz-Säuren sind. Die Referenz-Säuren sind organische Verbindungen mit bekannten Gasphase Aciditäten. Die Säuren dienen sollten Strukturen einander ähnlich (jedoch nicht notwendigerweise ähnlich der des Peptids). Die Ähnlichkeit der Strukturen zwischen Referenz-Säuren stellt die Ähnlichkeit der Entropien Deprotonierung unter ihnen. Das Proton-gebundene Cluster Anionen Masse ausgewählt und collisionally aktiviert und anschließend mit dissoziierten Stoßfragmentierung (CID) Experimente, um die entsprechenden monomeren Anionen ergeben, A und A ¯ ¯ _i, mit Geschwindigkeitskonstanten k und k _i, jeweils in Abbildung 1a. Wenn sekundäre Fragmentierungen vernachlässigbar sind, die Fülle Verhältnis der CID-Fragment-Ionen, [A ¯] / [A _i ¯], stellt ein ungefähres Maß für das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten k / k _i. Unter der Annahme, dass es keine umgekehrte aktivierendenIonensperren sowohl Dissoziationskanäle die CID Produkt Ion Verzweigungsverhältnisse, ln [A ¯] / [A _i ¯], linear auf die Gasphasen-Acidität des Peptids (Δ _Säure H) und diejenigen werden korreliert werden die Referenz-Säuren (Δ _Säure H _i), wie in 1b gezeigt. In dieser Gleichung Δ _Säure H _avg die durchschnittliche Gasphase Säuregehalt der Referenz-Säuren ist, Δ (Δ S) die Entropie Begriff (das kann als konstant angenommen werden, wenn die Referenz-Säuren sind strukturell einander ähnlich) ist, R die universelle Gaskonstante und T _eff die effektive Temperatur des Systems. Die effektive Temperatur ist eine empirische Parameter ist, der mehrere experimentelle Variablen, einschließlich der Kollisionsenergie abhängt.

Der Wert der Gasphase Säure wird erreicht, indem zwei Sätze von thermo-kinetische Diagramme bestimmt. Der erste Satz der OBenthaltenen durch Auftragung ln ([A ¯] / [A _i ¯]) gegen Δ _Säure H _i – Δ _Säure H _avg, wie in Abbildung 4a gezeigt. Lineare Regression wird eine Reihe von geraden Linien mit den Pisten von X = 1 / RT _eff und fängt von Y Ausbeute = – [Δ _Säure H – Δ _Säure H _avg] / RT _eff – Δ (Δ S) / R. Der zweite Satz von Flächen durch Auftragen der resultierenden fängt (Y) aus dem ersten Satz mit den entsprechenden geneigten Flächen (X), wie in 4b gezeigt ist. Lineare Regression erzeugt eine neue Linie mit einer Steigung von Δ _Säure H – Δ _Säure H _avg und ein Abschnitt von Δ (Δ S) / R. Der Wert Δ H _Säure wird dann aus der Steigung erhalten, und die Entropieterm, Δ (Δ S), erhält man ausder Schnittpunkt.

Die Experimente werden unter Verwendung eines Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer eine Schnittstelle mit einer Elektrospray-Ionisations (ESI)-Ionenquelle. Ein schematisches Diagramm des Massenspektrometers ist in Abbildung 2 dargestellt. Die CID Experimente Masse Auswahl der Protonen-bound-Anionen mit dem ersten Quadrupol-Einheit und es ihnen ermöglicht, um Kollisionen mit Argon-Atomen in der Kollision Kammer, die bei einem Druck von etwa 0,5 mTorr gehalten wird zugespielt Eingriff durchgeführt. Die Spaltprodukt Ionen Masse mit dem dritten Quadrupol-Gerät analysiert. Die CID-Spektren werden bei mehreren Kollisionsenergien mit dem m / z-Bereich breit genug, um alle möglichen sekundären Fragmente decken aufgezeichnet. Die CID Produkt Ionenintensitäten indem das Gerät in der gewählten Reaktionstemperatur Monitoring (SRM), in dem die Scan ausgewählten Produkt-Ionen fokussiert wird gemessen. Die CID Experimente werden an vier verschiedenen Kollisionsenergien durchgeführt, entsprechendCenter-of-mass Energien (E _cm) von 1,0, 1,5, 2,0 und 2,5 eV. Die Mitte-der-Masse-Energie wird unter Verwendung der Gleichung: E = E _{Labor cm} [m / (M + m)], wobei E _Labor die Aufprallenergie im Laborsystem ist, m die Masse der Argon und M die Masse des Proton-gebundenen Cluster-Ionen.

In diesem Artikel verwenden wir die Oligo-Ala ₃ CysNH ₂ (A ₃ CH) als Vorbild Verbindung. Der C-Terminus amidiert ist und die Thiolgruppe (SH) des Cysteins wird die saure Website. Die Auswahl eines geeigneten Referenz Säuren ist von entscheidender Bedeutung für die erfolgreiche Messung der Gasphase Säure. Die ideale Nachschlagewerk Säuren sind strukturell ähnlich (miteinander) organische Verbindungen mit etablierten Gasphase Säurewerte. Die Säuren dienen sollte Säure Werte nahe, dass der Peptide. Für das Peptid A ₃ CH, halogenierte sechs carbonsäurec Säuren werden als Referenz-Säuren gewählt. Die sechs Referenz Säuren sind Chloressigsäure (MCAH) Bromessigsäure (MBAH), Difluoressigsäure (DFAH), Dichloressigsäure (DCAH), dibromoacetic Säure (DBAH) und Trifluoressigsäure (TFAH). Zwei von ihnen, wird DFAH und MBAH, verwendet werden, um das Protokoll zu veranschaulichen.