Kobber og zink ioner er afgørende for levende organismer og afgørende for processer, herunder oxidativ beskyttelse, vævsvækst, respiration, kolesterol, glukose metabolisme og genom læsning¹. For at muliggøre disse funktioner inkorporerer grupper som cys, imidazol i^2,3, (sjældnere) thioether af methionin og carboxylat af Glu og ASP selektivt metaller som cofaktorer i de aktive steder i metalloenzymer. Ligheden mellem disse koordinationsgrupper rejser et spændende spørgsmål om, hvordan hans og cys ligander selektivt indarbejde enten cu (I/II) eller Zn (II) for at sikre korrekt funktion.

Selektiv binding opnås ofte ved opkøb og handel med peptider, som kontrollerer Zn (II) eller cu (I/II) ionkoncentrationerne⁴. Cu (I/II) er meget reaktiv og forårsager oxidativ skader eller utilsigtet binding til enzymer, så dens frie koncentration er stramt reguleret af kobber chaperoner og kobber-regulerende proteiner, der transporterer det sikkert til forskellige steder i cellen og stramt styre sin homøostase^5,6. Afbrydelse af kobber metabolisme eller homøostase er direkte impliceret i Menkes og Wilsons sygdom⁷ samt kræft⁷ og neurale lidelser, såsom prionsygdomme⁸ og Alzheimers sygdom⁹.

Wilsons sygdom er forbundet med øget kobber niveauer i øjnene, leveren og dele af hjernen, hvor redox reaktioner af cu (I/II) producerer reaktive ilt arter, forårsager hepatolloulære og neurologiske degeneration. Eksisterende chelationterapier er den lille thiol aminosyre penicillamin og triethylenetetramin. Alternativt udviser methanotrophic kobber-overtagelses peptider methanobactin (MB)^10,11 terapeutisk potentiale på grund af deres høje bindingsaffinitet for cu (I)¹². Når methanobactin (MB-OB3b) fra Methylosinus trichosporium OB3b blev undersøgt i en dyremodel af Wilsons sygdom, blev kobber effektivt fjernet fra leveren og udskilles gennem galde¹³. In vitro forsøg bekræftede, at MB-OB3b kunne Chelat kobber fra kobber metallothionein indeholdt i leveren cytosol¹³. Laser ablation induktions koblede plasma massespektrometri Imaging teknikker har undersøgt den rumlige fordeling af kobber i wilson’s sygdom leverprøver^14,15,16 og vist, at MB-OB3b fjerner kobber med korte behandlingsperioder på kun 8 dage¹⁷.

MB-OB3b vil også binde med andre metalioner, herunder AG (I), AU (III), PB (II), MN (II), Co (II), fe (II), ni (II), og Zn (II)^18,19. Konkurrence om den fysiologiske cu (I) binding site er udstillet af AG (I) fordi det kan fortrænge cu (I) fra MB-OB3b kompleks, med både AG (I) og ni (II) også viser irreversibel binding til MB, som ikke kan fordrevet af cu (I)¹⁹. For nylig er en række alternative methanobactin (Amb) oligopeptider med 2his-2cys bindende motiv blevet undersøgt^20,21, og deres Zn (II) og cu (I/II) bindingsegenskaber karakteriseret. Deres primære aminosyresekvenser er ens, og de indeholder alle 2His-2Cys Motif, Pro og en acetyleret N-endestation. De adskiller sig hovedsageligt fra MB-OB3b, fordi 2His-2Cys Motif erstatter de to enethiol oxazolone bindingssteder af MB-OB3b.

Elektro spray ionisering kombineret med ion Mobility-massespektrometri (ESI-IM-MS) giver en kraftfuld instrumental teknik til bestemmelse af de metal bindende egenskaber af peptider, fordi det måler deres masse-til-ladning (m/z) og kollision tværsnit (CCS) og samtidig bevare deres masse, ladning og konformationsmæssige form fra løsnings fasen. M/z og CCS relaterer til peptider støkiometri, protonation tilstand, og konformationel form. Støkiometri bestemmes, fordi identiteten og antallet af hvert element, der er til stede i arterne, udtrykkeligt identificeres. Den samlede ladning af peptidkomplekset vedrører protonationtilstanden for de sure og grundlæggende steder og oxidations tilstanden for metal ionerne. CCS giver oplysninger om peptidkompleksets kropsbygnings form, fordi det måler den roterende gennemsnit størrelse, der vedrører kompleksets tertiære struktur. Den samlede opladningstilstand af komplekset er også en funktion af pH og påvirker peptid’s metal ion binding affinitet, fordi deprotonated grundlæggende eller sure steder som carboxyl, hans, cys og tyr er også de potentielle bindende steder for metal ion. Til analyserne tilberedes peptid og metal ion i vandige opløsninger med pH justeret ved fortyndet vandig eddikesyre eller ammoniumhydroxid. Dette gør det muligt at fastgøre pH-afhængigheden og metal ionselektiviteten for peptid. Desuden kan m/z og CCS bestemt af ESI-im-MS bruges sammen med B3LYP/LanL2DZ molecular modeling til at opdage typen af metal ion koordination og tertiær struktur af komplekset. Resultaterne vist i denne artikel afslører, hvordan ESI-IM-MS kan karakterisere den selektive chelerende præstation af et sæt Amb peptider og sammenligne dem med kobber bindende peptid MB-OB3b.