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Biologia estrutural conta com a produção de proteínas de alta qualidade 1 e, portanto, precisa ser combinada com técnicas eficientes e confiáveis para análise de proteínas 2,3. No nosso espectrometria de massa (MS) no interior do laboratório um instituto de biologia estrutural precisamos confirmar sequência primária de proteínas, avaliar a presença de mutações e modificações pós-tradução, a degradação de proteínas, a homogeneidade da amostra, e a qualidade de marcação isotópica (por exemplo deuterado proteínas para estudos de ressonância magnética nuclear, 4). Desde biólogos estruturais usar proteólise limitada de distinguir domínios estruturalmente rígidas a partir de peças flexíveis, precisamos caracterizar de forma confiável tais proteínas truncadas usando o MS.
Quando biomoléculas são analisadas por MS, duas abordagens possíveis são utilizados para ionizar suavemente tais moléculas pesadas e instáveis. Ionização por Electrospray (ESI) ioniza as moléculas directamente a partir dofase líquida 5; de matriz assistida por laser de desabsorção de ionização (MALDI) exige que as biomoléculas são co-cristalizado com moléculas orgânicas de absorção de ultravioletas (isto é, moléculas de matriz) 6.
ESI de tempo-de-voo (TOF) MS acoplada a cromatografia líquida tornou-se uma técnica de rotina para a análise de proteínas intactas, pois permite a determinação da massa com elevada precisão (≤ 50 ppm). No entanto, é muito sensível à composição do tampão de amostra (em particular, aos sais e detergentes) e os contaminantes (por exemplo, polímeros), que são por vezes difíceis de eliminar, fazendo com que a supressão do sinal do analito.
MALDI-TOF MS representa uma alternativa eficaz para ESI-MS, porque seu desempenho é menos afetado por componentes do tampão, detergentes e contaminantes, e permite a determinação da massa de proteína intacta, com precisão suficiente (≤ 500 ppm) para a validação de seqüência. Após Protein digestão, MALDI-TOF MS pode ser também utilizado para analisar os péptidos obtidos para posterior confirmação da sequência primária por o assim chamado "impressões digitais da massa dos péptidos".
Em nossas mãos, a determinação da massa de proteínas intactas, que são maiores que 100 kDa e heterogêneo (devido a modificações ou truncamentos), é mais fácil por MALDI-MS do que por ESI-MS. Isto é devido à falta de distribuição de estados de carga sobrepostas presentes no espectro de ESI. Além disso, uma vez que o processo MALDI não é dependente do tamanho do analito 7, método que os rendimentos de alta sensibilidade, quando uma massa de biomolécula é acima de 100 kDa. Análises notáveis de proteínas intactas foram realizados usando instrumentos caseiros entre o final da década de 1980 e princípio da década de 1990, 8-11.
MALDI-TOF pode também ser usado como ferramenta de rastreio para avaliar a qualidade de amostras de proteína, porque requer menos tempo de preparação da amostra e é menos susceptível a INTERFERÊNces, devido às impurezas comuns (por exemplo, sais). Depois de uma primeira avaliação rápida por MALDI-MS, uma amostra pode ser ainda analisada por ESI-TOF para determinar a massa com uma maior precisão. Além disso, MALDI gera íons contendo menos encargos que ESI e, portanto, a aquisição e interpretação de dados MALDI é mais simples. Isso permite que os alunos trabalham em biologia estrutural para analisar suas proteínas recombinantes apenas depois de um breve treinamento.
Dois factores principais que influenciam a qualidade dos espectros de MALDI: a matriz e da técnica utilizada para a deposição da matriz (por exemplo, gotículas secas 8 e fina camada 12-16,17,18). A matriz orgânica único [por exemplo, ácido sinapinico (SA) 19-21 ou-4-hidroxicinâmico α-ciano ácido (α-CHCA) 14,22,23] é muitas vezes usado para o exame MS de proteínas intactas e complexos de proteínas com ligação cruzada . Usando α-CHCA, grupo Chait anteriormente apresentado um protocolo detalhado para preparing uma camada ultra-fina antes da análise MALDI de proteínas solúveis e de membrana 14,15. Recentemente, Gorka et al. Ilustrada do revestimento alvo à base de grafite para melhorar a análise de MALDI de péptidos e proteínas, utilizando α-CHCA como matriz 24.
Aqui, nós apresentamos um protocolo simples para a análise de proteínas intactas por MALDI-TOF MS, utilizando uma mistura de duas matrizes de: ácido 2,5-di-hidroxibenzóico (DHB) e α-CHCA 25. Foram avaliados sistematicamente o desempenho da mistura de DHB-CHCA em comparação com as matrizes de SA e α-CHCA, para o controlo de proteínas intactas. A mistura de matriz permite uma melhor resolução (ou seja, os picos de proteína são muito mais nítidas). Além disso, a presença de vários iões encargos intensas (isto é, M +2 H + 2, H 3 H 3 +, etc) possibilita uma determinação de massa mais preciso porque a resolução dos instrumentos de MALDI-TOF axial é mais elevada com menor massa sobre a carga (m / z) 26. Isto é particularmente útil para a determinação de pesos moleculares de proteínas maiores do que 100 kDa.
Maior sensibilidade também é atingido utilizando a mistura DHB-CHCA (0,5 pmol de proteína manchado no alvo MALDI).
Como mencionado acima, um fator importante que deve ser considerado quando se utiliza instrumento MALDI é a deposição de matriz. Laugesen et al. Proposto o uso de uma mistura de DHB-CHCA pela primeira vez 25, utilizando a deposição das gotículas secas. No entanto, observou-se melhores resultados (por exemplo, sensibilidade muito mais elevado) quando se utilizou o método de camada fina que a primeira camada é formada pela α-CHCA dissolvido em acetona. A camada fina método 12,27 implica a formação de um substrato homogéneo de cristais de matriz sobre o alvo de MALDI, o qual foi descrito num vídeo Júpiter anteriormente 15. Em seguida, a amostra é depositada sobre esse substrato, e finalmentematriz adicional é depositado (ver a seguir). Neste artigo, nós também ilustrar como para depositar a amostra sobre o alvo MALDI, mas também como limpar a meta de 15, para recristalizam, e preparar as matrizes.
Para concluir nosso objetivo é oferecer todas as informações necessárias para a análise de proteínas intactas para os cientistas (em particular, os biólogos estruturais), que precisam avaliar a qualidade das proteínas produzidas de forma rápida e simples e que não estão tão familiarizados com MALDI-TOF MS. Como previsto, em meados de 1990 28, MS teve um impacto sobre o aumento da pesquisa biológica, como a sua acessibilidade para os biólogos tem aumentado. Esperamos que as informações que nós fornecemos será útil para fazer MALDI-TOF acessível para os biólogos e cientistas que gostariam de começar a utilizar a espectrometria de massa.