Kupfer- und Zinkionen sind für lebende Organismen unerlässlich und entscheidend für Prozesse wie oxidativen Schutz, Gewebewachstum, Atmung, Cholesterin, Glukosestoffwechsel und Genom-Lesung¹. Um diese Funktionen zu ermöglichen, integrieren Gruppen wie das Thiolat von Cys, Imidazol seiner^2,3, (seltener) Thioether von Methionin und Carboxylat von Glu und Asp selektiv Metalle als Kofaktoren in die aktiven Metalloenzyme. Die Ähnlichkeit dieser Koordinierungsgruppen wirft eine faszinierende Frage auf, wie die Seine und Cys-Liganden selektiv entweder Cu(I/II) oder Zn(II) integrieren, um ein korrektes Funktionieren zu gewährleisten.

Selektive Bindung erfolgt häufig durch Erwerb und Handel Peptide, die Zn(II) oder Cu(I/II) Ionenkonzentrationen steuern⁴. Cu(I/II) ist sehr reaktiv und verursacht oxidative Schäden oder zufällige Bindung an Enzyme, so dass seine freie Konzentration durch Kupferchaperones und kupferregulierende Proteine streng reguliert wird, die es sicher an verschiedene Stellen in der Zelle und fest transportieren. seine Homöostase^{kontrollieren 5,6}. Störungen des Kupferstoffwechsels oder der Homöostase sind direkt in Menkes und Wilsons Krankheit⁷ sowie^{Krebserkrankungen 7} und neuronale Erkrankungen wie Prion⁸ und^{Alzheimer-Krankheit 9}involviert.

Wilson-Krankheit ist verbunden mit erhöhten Kupferspiegeln in den Augen, Leber und Abschnitten des Gehirns, wo die Redox-Reaktionen von Cu(I/II) reaktive Sauerstoffspezies produzieren, was hepatolenticularundäre und neurologische Degeneration verursacht. Bestehende Chelationstherapien sind die kleine Thiol-Aminosäure Penicillamin und Triethylenetetramine. Alternativ weisen die methanotrophen Kupfer-Akquise-Peptide Methanobactin (mb)^10,11 aufgrund ihrer hohen Bindungsaffinität zu Cu(I)¹²therapeutisches Potenzial auf. Als das Methanobactin (mb-OB3b) von Methylosinus trichosporium OB3b in einem Tiermodell der Wilson-Krankheit untersucht wurde, wurde Kupfer effizient aus der Leber entfernt und über die Galle^{ausgeschieden 13}. In-vitro-Experimente bestätigten, dass mb-OB3b das Kupfer aus dem kupfernen Metallothionein, das im Leberzytosol^{enthalten ist, chelatieren}konnte 13 . Laserablation induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie-Bildgebungstechniken haben die räumliche Verteilung von Kupfer in Wilsons Krankheitsleberproben^14,15,16 untersucht und gezeigt, dass mb-OB3b entfernt das Kupfer mit kurzen Behandlungsperioden von nur 8 Tagen¹⁷.

Die mb-OB3b bindet auch mit anderen Metallionen, einschließlich Ag(I), Au(III), Pb(II), Mn(II), Co(II), Fe(II), Ni(II) und Zn(II)^18,19. Der Wettbewerb um die physiologische Cu(I)-Bindungsstelle wird von Ag(I) ausgestellt, weil er Cu(I) aus dem mb-OB3b-Komplex verdrängen kann, wobei sowohl Ag(I) als auch Ni(II) eine irreversible Bindung an Mb aufweisen, die nicht durch Cu(I)¹⁹verdrängt werden kann. Kürzlich wurden eine Reihe alternativer Methanobactin (amb) Oligopeptide mit dem Bindungsmotiv 2His-2Cys^20,21, und ihre Zn(II) und Cu(I/II) Bindungseigenschaften charakterisiert. Ihre primären Aminosäuresequenzen sind ähnlich, und sie alle enthalten das 2His-2Cys Motiv, Pro und einen acetylierten N-Terminus. Sie unterscheiden sich hauptsächlich von mb-OB3b, da das 2His-2Cys-Motiv die beiden Enethiol-Oxazolon-Bindungsstellen von mb-OB3b ersetzt.

Die Elektrospray-Ionisierung in Verbindung mit der Ionen-Mobilitäts-Massenspektrometrie (ESI-IM-MS) sorgt für eine leistungsstarke Instrumentaltechnik zur Bestimmung der Metallbindungseigenschaften von Peptiden, da sie deren Massen-Zu-Ladung (m/z) und Kollisionmisst Querschnitt (CCS) unter Beibehaltung ihrer Masse, Ladung und Konformationsform aus der Lösungsphase. Die m/z und CCS beziehen sich auf die Peptide Stoichiometrie, Protonationszustand und Konformationsform. Die Stoichiometrie wird bestimmt, da die Identität und Anzahl jedes elements, das in der Art vorhanden ist, explizit identifiziert wird. Die Gesamtladung des Peptidkomplexes bezieht sich auf den Protonationszustand der sauren und grundlegenden Stellen und den Oxidationszustand der Metallionen. Das CCS gibt Auskunft über die konforme Form des Peptidkomplexes, da es die rotationsgemittelte Größe misst, die sich auf die tertiäre Struktur des Komplexes bezieht. Der Gesamtladungszustand des Komplexes ist auch eine Funktion des pH-Werts und wirkt sich auf die Metallionenbindungsaffinität des Peptids aus, da die deprotonierten Basis- oder Saurierstellen wie Carboxyl, His, Cys und Tyr auch die potenziellen Bindungsstellen für das Metallion sind. Für die Analysen werden Peptid und Metallion in wässrigen Lösungen mit dem pH-Wert durch verdünnte wässrige Essigsäure oder Ammoniumhydroxid eingestellt. Dadurch können die pH-Abhängigkeit und die Metallionenselektivität für das Peptid bestimmt werden. Darüber hinaus können die von ESI-IM-MS ermittelten m/z und CCS mit B3LYP/LanL2DZ molekularer Modellierung verwendet werden, um die Art der Metallionenkoordination und die tertiäre Struktur des Komplexes zu ermitteln. Die in diesem Artikel gezeigten Ergebnisse zeigen, wie ESI-IM-MS die selektive Chelaterfüllung eines Satzes von Amb-Peptiden charakterisieren und mit dem Kupferbindenden Peptid mb-OB3b vergleichen kann.