Studi termochimici di complessi ternari Ni(II) e Zn(II) mediante mobilità ionica-spettrometria di massa

Questo studio descrive una nuova tecnica che utilizza uno spettrometro di mobilità ionica-massa disponibile in commercio che consente la determinazione della termochimica relativa per la dissociazione di un complesso metallico ternario alternativo legante il metallo (amb) [amb + M (II) + NTA], dove M = Zn o Ni e NTA = acido nitrilotriacetico (Figura 1). Queste reazioni modellano la dissociazione della proteina ricombinante amb-tagged attaccata al metallo immobilizzato NTA durante la cromatografia di affinità metallica immobilizzata (IMAC)^1,2. Ad esempio, questo metodo è descritto utilizzando i tag eptapeptide amb di amb A e H (Figura 2) (scelti dagli studi precedenti 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) che presentano proprietà leganti lo Zn(II) e il Ni(II) e, pertanto, hanno potenziali applicazioni come etichette di purificazione. Tuttavia, il processo descritto può essere utilizzato per valutare le energie termochimiche in qualsiasi sistema organometallico. Questi peptidi amb hanno siti di legame dei metalli nelle posizioni Aa 1-Aa₂ e Aa_{6-Aa 7} che competono con i siti carbossilato e amminico della NTA. I tre amminoacidi amb centrali forniscono un distanziatore (Gly₃), la cerniera per i due bracci (Pro₄) e un’interazione cationica π-metallo a lunga distanza (Tyr₅).

Lo stato di carica 1− complessivo dei complessi [amb+M(II)+NTA]^– è determinato dallo stato di protonazione dei loro potenziali siti di legame. Poiché esiste Ni(II) o Zn(II) con lo stato di ossidazione 2+, deve esserci una rete di tre siti deprotonati caricati negativamente. La modellazione molecolare dei complessi [amb+M(II)+NTA]– prevede che questi siano due protoni dell’NTA e un protone dell’amb (cioè [amb-H+M(II)+NTA-2H]^–). I canali del prodotto contengono una specie ionica e una specie neutra (cioè [NTA-3H+M(II)]- + amb o [amb-3H+M(II)]^– + NTA). Nel manoscritto, “-3H” è escluso nei nomi dei complessi, ma il lettore dovrebbe sapere che il -3H è implicito. Lo strumento misura le intensità relative delle due specie ioniche di massa-carica (m/z). Una delle principali caratteristiche delle analisi ES-IM-MS è che consente l’esame della reattività di una specifica specie m/z, come utilizzato qui e nei precedenti studi amb 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.

L’acquisizione di dati termochimici per grandi complessi utilizzando la dissociazione indotta da collisione è un argomento di notevole interesse^13,14. Le metodologie, incluso il metodo cinetico, non sono favorevoli all’adattamento dei dati su un intervallo di energie, né tengono conto degli ambienti multi-collisione^15,16,17,18. Qui, il metodo CID di soglia (TCID), sviluppato utilizzando la spettrometria di massa tandem a fascio ionico guidato da Armentrout, Ervin e Rodgers viene applicato¹⁹ a una nuova piattaforma di strumenti ES-IM-MS che utilizza guide ioniche a onda viaggiante. Il metodo TCID consente l’analisi termochimica relativa della dissociazione dei complessi ternari nei loro due canali di prodotto e include una legge di soglia che descrive il trasferimento di energia di collisione tra l’energia traslazionale del reagente (complesso ternario in questa ricerca) e un gas bersaglio inerte (argon in questo caso). Il metodo include l’integrazione sulla distribuzione interna dell’energia del reagente²⁰, le distribuzioni di energia traslazionale tra il reagente e il gas target 21 e le distribuzioni del momento angolare totale^22,23. Sono incluse una probabilità di dissociazione e una correzione statistica Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) degli spostamenti cinetici risultanti dalla finestra temporale limitata per l’osservazione dei prodotti²⁴. Per due canali di prodotto indipendenti, il metodo TCID competitivo consente l’adattamento simultaneo dei due canali di prodotto concorrenti. La dissociazione del complesso avviene attraverso uno stato di transizione orbitante, che ha le proprietà dei prodotti ma è tenuto insieme da un dipolo²⁵ bloccato. Il metodo TCID è incorporato nel programma CRUNCH²⁶, e il funzionamento dell’interfaccia utente è descritto qui per valutare la termochimica dei due canali di dissociazione dei complessi ternari [amb+M(II)+NTA]^–. Il programma CRUNCH è disponibile su richiesta presso gli sviluppatori²⁶.