Estudios termoquímicos de complejos ternarios de Ni(II) y Zn(II) utilizando movilidad iónica-espectrometría de masas

Este estudio describe una nueva técnica utilizando un espectrómetro de masas de movilidad iónica disponible comercialmente que permite la determinación de la termoquímica relativa para la disociación de un complejo metálico ternario de unión metálica alternativa (amb) [amb + M (II) + NTA], donde M = Zn o Ni y NTA = ácido nitrilotriacético (Figura 1). Estas reacciones modelan la disociación de la proteína recombinante marcada con AMB unida al metal inmovilizado con NTA durante la cromatografía de afinidad metálica inmovilizada (IMAC)^1,2. Como ejemplo, este método se describe utilizando las etiquetas de heptapéptido amb de amb A y H (Figura 2) (elegidas de los estudios previos 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) que exhiben propiedades de unión de Zn(II) y Ni(II) y, por lo tanto, tienen aplicaciones potenciales como etiquetas de purificación. Sin embargo, el proceso descrito se puede utilizar para evaluar las energías termoquímicas en cualquier sistema organometálico. Estos péptidos amb tienen sitios de unión a metales en las posiciones Aa_{1-Aa 2} y Aa_{6-Aa 7} que compiten con los sitios de carboxilato y amina de la NTA. Los tres aminoácidos de amb central proporcionan un espaciador (Gly₃), la bisagra para los dos brazos (Pro₄) y una interacción catiónica π-metal de larga distancia (Tyr₅).

El estado general de carga 1− de los complejos [amb+M(II)+NTA]^– está determinado por el estado de protonación de sus posibles sitios de unión. Dado que hay Ni(II) o Zn(II) con el estado de oxidación 2+, debe haber una red de tres sitios desprotonados cargados negativamente. El modelado molecular de los complejos [amb+M(II)+NTA]- predice que estos son dos protones del NTA y un protón del amb (es decir, [amb-H+M(II)+NTA-2H]^–). Los canales del producto contienen una especie iónica y una especie neutra (es decir, [NTA-3H+M(II)]– + amb o [amb-3H+M(II)]^– + NTA). En el manuscrito, “-3H” está excluido en los nombres de los complejos, pero el lector debe saber que el -3H está implícito. El instrumento mide las intensidades relativas de las dos especies iónicas de masa a carga (m/z). Un atributo importante de los análisis ES-IM-MS es que permite el examen de la reactividad de una especie específica m/z, como se utiliza aquí y en estudios amb anteriores 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.

La adquisición de datos termoquímicos para grandes complejos utilizando disociación inducida por colisión es un tema de gran interés^13,14. Las metodologías, incluido el método cinético, no son propicias para ajustar los datos en un rango de energías, ni tienen en cuenta los entornos de colisión múltiple^15,16,17,18. Aquí, el método CID de umbral (TCID), desarrollado utilizando espectrometría de masas en tándem de haz de iones guiado por Armentrout, Ervin y Rodgers, se aplica¹⁹ a una nueva plataforma de instrumentos ES-IM-MS utilizando guías de iones de onda viajera. El método TCID permite el análisis termoquímico relativo de la disociación de los complejos ternarios en sus dos canales de producto e incluye una ley de umbral que describe la transferencia de energía de colisión entre la energía de traslación del reactivo (complejo ternario en esta investigación) y un gas objetivo inerte (argón en este caso). El método incluye la integración sobre la distribución interna de energía del reactivo²⁰, las distribuciones de energía de traslación entre el reactivo y el gas objetivo 21, y las distribuciones de momento angular total^22,23. Se incluye una probabilidad de disociación y una corrección estadística de Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) de los cambios cinéticos resultantes de la ventana de tiempo limitada para la observación de los productos²⁴. Para dos canales de productos independientes, el método TCID competitivo permite el ajuste simultáneo de los dos canales de productos competidores. La disociación del complejo es a través de un estado de transición orbital, que tiene las propiedades de los productos, pero se mantiene unido por un dipolo bloqueado²⁵. El método TCID se incorpora al programa CRUNCH²⁶, y aquí se describe el funcionamiento de la interfaz de usuario para evaluar la termoquímica de los dos canales de disociación de los complejos ternarios [amb+M(II)+NTA]^–. El programa CRUNCH está disponible a petición de los desarrolladores²⁶.