Études thermochimiques des complexes ternaires Ni(II) et Zn(II) à l’aide de la mobilité ionique et de la spectrométrie de masse

Cette étude décrit une nouvelle technique utilisant un spectromètre de masse à mobilité ionique disponible dans le commerce qui permet de déterminer la thermochimie relative pour la dissociation d’un complexe métallique ternaire de liaison métallique alternative (amb) [amb + M (II) + NTA], où M = Zn ou Ni et NTA = acide nitrilotriacétique (Figure 1). Ces réactions modélisent la dissociation de la protéine recombinante marquée par amb attachée au métal immobilisé par le NTA au cours de la chromatographie d’affinité pour les métaux immobilisés (IMAC)^1,2. A titre d’exemple, cette méthode est décrite à l’aide des marqueurs amb heptapeptide des amb A et H (Figure 2) (choisis parmi les études précédentes 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) qui présentent des propriétés de liaison au Zn(II) et au Ni(II) et, par conséquent, ont des applications potentielles en tant qu’étiquettes de purification. Cependant, le procédé décrit peut être utilisé pour évaluer les énergies thermochimiques dans n’importe quel système organométallique. Ces peptides amb ont des sites de liaison aux métaux dans les positions Aa_{1-Aa 2} et Aa_{6-Aa 7} qui entrent en compétition avec les sites carboxylate et amine du NTA. Les trois acides aminés amb centraux fournissent un espaceur (Gly₃), la charnière pour les deux bras (Pro₄) et une interaction cationique π-métal à longue distance (Tyr₅).

L’état de charge global 1− des complexes [amb+M(II)+NTA]^– est déterminé par l’état de protonation de leurs sites de liaison potentiels. Puisqu’il y a Ni(II) ou Zn(II) avec l’état d’oxydation 2+, il doit y avoir un réseau de trois sites déprotonés chargés négativement. La modélisation moléculaire des complexes [amb+M(II)+NTA]- prédit qu’il s’agit de deux protons du NTA et d’un proton de l’amb (c’est-à-dire [amb-H+M(II)+NTA-2H]^–). Les canaux de produits contiennent une espèce ionique et une espèce neutre (c.-à-d. [NTA-3H+M(II)]- + amb ou [amb-3H+M(II)]^– + NTA). Dans le manuscrit, « -3H » est exclu dans les noms des complexes, mais le lecteur doit savoir que le -3H est implicite. L’instrument mesure les intensités relatives des deux espèces ioniques masse/charge (m/z). Un attribut majeur des analyses ES-IM-MS est qu’elles permettent d’examiner la réactivité d’une espèce m/z spécifique, telle qu’utilisée ici et dans les études antérieures^de l’amb 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.

L’acquisition de données thermochimiques pour de grands complexes par dissociation induite par collision est un sujet d’intérêt significatif^13,14. Les méthodologies, y compris la méthode cinétique, ne sont pas propices à l’ajustement des données sur une gamme d’énergies, ni ne tiennent compte des environnements à collisions multiples^15,16,17,18. Ici, la méthode CID seuil (TCID), développée à l’aide de la spectrométrie de masse en tandem à faisceau d’ions guidés par Armentrout, Ervin et Rodgers, est appliquée¹⁹ à une nouvelle plate-forme d’instruments ES-IM-MS utilisant des guides ioniques à ondes progressives. La méthode TCID permet une analyse thermochimique relative de la dissociation des complexes ternaires en leurs deux canaux de produits et comprend une loi de seuil décrivant le transfert d’énergie de collision entre l’énergie de translation du réactif (complexe ternaire dans cette recherche) et un gaz cible inerte (argon dans ce cas). La méthode comprend l’intégration sur la distribution d’énergie interne du réactif²⁰, les distributions d’énergie de translation entre le gaz réactif et cible 21 et les distributions de moment angulaire total^22,23. Une probabilité de dissociation et une correction statistique de Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) des décalages cinétiques résultant de la fenêtre temporelle limitée pour l’observation des produits sont incluses²⁴. Pour deux canaux de produits indépendants, la méthode TCID concurrentielle permet l’ajustement simultané des deux canaux de produits concurrents. La dissociation du complexe se fait par un état de transition en orbite, qui a les propriétés des produits mais est maintenu ensemble par un dipôle verrouillé²⁵. La méthode TCID est incorporée dans le programme CRUNCH²⁶, et le fonctionnement de l’interface utilisateur est décrit ici pour évaluer la thermochimie des deux canaux de dissociation des complexes ternaires [amb+M(II)+NTA]^–. Le programme CRUNCH est disponible sur demande auprès des développeurs²⁶.