Кіріспе

Массалық спектрометриядағы әдіс. Электронды тұтқындау диссоциациясы (ЭҚД) – пептидтер мен белоктардың құрылымын анықтау үшін газ фазасындағы иондарды фрагментациялау әдісі. Бұл тандемді массалық спектрометрияда (МС/МС) массалық түрге қарай іріктелген прекурсор ионды белсендіру және диссоциациялау үшін ең көп қолданылатын техникалардың бірі. Ол тұтқынға алынған газ фазасындағы иондарға төмен энергиялы электрондарды тікелей енгізуді қамтиды.

Тарих

Электронды тұтқындау диссоциациясын Роман Зубарев пен Нил Келлехер Корнелл университетінің Фред Маклафферти зертханасында жасады. Мелиттин 4+ иондары мен убиквитин 10+ иондарын (FT MS жасушасында тұтқындалған) лазерлік импульстермен сәулелендіру ерекше c', z фрагментациясын және зарядтың төмендеуін тудырды. FT жасушасы катиондар мен электрондарды бірдей тұтқындау үшін өңделсе, ультракүлгін фотондардан шығатын екінші электрондар зарядты төмендету әсерін және c′, z• фрагментациясын күшейтеді деген ұсыныс жасалды. Ультракүлгін лазерді ЭИ көзімен алмастыру осы жаңа техниканың дамуына себеп болды.

Негізгі қағидалар

Электронды тұтқындау диссоциациясы әдетте, көп протонды молекула M-нің еркін электронмен өзара әрекеттесуін қамтиды. Электрлік потенциал энергиясының босауы, түзілген ионның фрагментациясына әкеледі. Электронды тұтқындау диссоциациясының жылдамдығы, ион-электрон фрагментация реакцияларының жиілігіне ғана емес, сонымен қатар ион-электрон өзара әрекеттесу көлеміндегі иондар санына да байланысты. ЭКД-ның электрон тогының тығыздығы және қимасы фрагментация жиілігіне тікелей пропорционалды. Электрон көзі ретінде қолданылатын жанама қыздырылатын диспенсерлік катод, үлкен электрон тогын және үлкен эмиссиялық бетін қамтамасыз етеді. ЭКД құрылғылары екі түрге бөлінеді. Олар ЭКД кезеңінде талданатын иондарды тұтқындауға немесе ағым режимінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді, онда диссоциация талданатын иондар ЭКД аймағынан үздіксіз өтіп бара жатқанда жүзеге асады. Ағым режимінің басқа режимдерге қарағанда артықшылығы бар, себебі талданатын иондардың барлық шоғы пайдаланылады. Дегенмен, бұл ағым режимі үшін ЭКД тиімділігін төмендетеді. ЭКД, басқа MS/MS фрагментация әдістерінен, мысалы электронды бөліп шығару диссоциациясы (ЭДД) (негізінен a және x типтері), соқтығысумен шақырылған диссоциация (CID) (негізінен b және y типтері) және инфрақызыл көп фотонды диссоциациядан (IRMPD) айтарлықтай өзгеше фрагмент иондарының түрлерін тудырады (негізінен c және z типтері, бірақ b иондары да ЭКД-да анықталған). CID және IRMPD ішкі тербеліс энергиясын әлдебір жолмен енгізеді, бұл фрагментация кезінде пост-трансляциялық модификациялардың жоғалуына себеп болады. ЭКД-да бірегей (және CID-ге толықтыратын) фрагменттер байқалады, сонымен қатар бүкіл макромолекулаларды тиімді фрагменттеу мүмкіндігі үміт береді. ЭКД көбінесе Фурье түрлендіру иондық циклотрон резонанстық массалық спектрометриясында қолданылса да, зерттеушілер оны иондық тұзақ массалық спектрометрінде де сәтті қолданғанын көрсетті. ЭКД сыртқы жинақталумен бірге қолданылғанда FTICR MS-та бірнеше сканерлеуді жылдам интеграциялай алады. ЭКД механизмі әлі де талқыланып жатыр, бірақ ол міндетті түрде ең әлсіз байланысты үзбейді және сондықтан энергияның молекулалық деңгейде босаңсуға мүмкіндік бермейтін жылдам процесс (нергодикалық емес) деп есептеледі. Электронмен басталатын радикалдық реакциялар ЭКД әсеріне жауапты болуы мүмкін деген ұсыныстар жасалған. Ұқсас MS/MS фрагментация әдісі, электрондық трансферт диссоциациясында электрондар талданатын катиондар мен реагент аниондары арасындағы соқтығысу арқылы беріледі.

Аудармадан кейінгі өзгерістер

ЭКД МС фрагменттері карбоксилдеу, фосфорилдеу және O гликозилдеу сияқты посттрансляциялық модификацияларды сақтап қалуға мүмкіндік береді. ЭКД белоктардағы посттрансляциялық модификациялардың негізгі түрлерін жоғарыдан төменге қарай сипаттау потенциалына ие. Ол 208 негізгі байланыстың 87-сін сәтті үзіп, бес фосфорилдеу орнын анықтап, ірі қараның β казеині фосфопротеинін тікелей сипаттаудың алғашқы мысалын көрсетті. Фосфаттардың минималды жоғалуымен фосфорильдеу дәрежесін өлшеу және фосфопептидтер/фосфопротеиндерді іздеу үшін ЭКД, КДҚ-ға қарағанда артықшылықтарға ие, бұл ЭКД-ны тиімді әдіс етеді.

ЭКД-ны бөлу техникасымен біріктіру

ЭКД капиллярлық электрофорезбен (КЭ) байланыстырылып, пептидтер мен белок қоспасының құрылымдық талдауын түсінуге мүмкіндік берді. Цитохром c пепсинінің қорытылуын талдау үшін ECD FTICR-мен біріктірілген микро HPLC қолданылды. Бұған қоса, LC ECD FTICR MS қолданғанда, сиыр зәр сарысуы альбуминінің трипсинмен қорытылуынан және пептидтер қоспасының талдауынан тізбектік белгілер алынды. Сонымен қатар, LC ECD MS/MS, ақуыздарды анықтау үшін LC CID MS/MS-ке қарағанда ұзақ тізбектік белгілерді қамтамасыз етеді.

Протеомика

Белоктарды талдау жоғарыдан төменге немесе төменнен жоғарыға бағытталған тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін. Дегенмен, жоғарыдан төменге талдау тізбектерді жақсырақ қамтуды қамтамасыз етеді. ЭКД-ні FTICR MS-пен үйлестіру осы тәсілдің кең таралғандығына ықпал етті. Бұл сондай-ақ, толыққанды белоктардағы көптеген өзгерту орындарын анықтауға көмектесті. Жергілікті электронды тұтқындау диссоциациясы (NECD) цитохром c димерін зерттеу үшін қолданылды және соңғы кезде жылқының селезеніндегі ферритиндегі темір байланысу арналарын анықтау үшін пайдаланылды.

Синтетикалық полимерлер

Полиалкен гликольдері, полиамидтер, полиакрилаттар және полиэстерлердің ЭКД зерттеулері полимерлік үлгілердің құрамын түсінуге көмектеседі. Бұл синтетикалық полимерлер үшін МС/МС талдауы кезінде прекурсор иондар туралы құрылымдық ақпаратты анықтаудың тиімді әдісіне айналды. ЭКД-нің бір байланысты үзуге бейімділігі полимер химиясы үшін өнім иондарының сканерін түсіндіруді жеңілдетеді.