Name: Estudos Termoquímicos de Ni(II) e Zn(II) Complexos Ternários utilizando Espectrometria de Ion Mobility-Mass (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-08T13:50:00.000+00:00
Duration: 16 min 11 s
Description: Explore a termoquímica de complexos ternários de Ni(II) e Zn(II) utilizando espectrometria de ion mobility-mass combinada com modelagem molecular. Este método avançado caracteriza vias de reação e afinidade de ligantes para aplicações em purificação de proteínas.

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Este material é baseado em trabalho apoiado pela Fundação Nacional de Ciência sob 1764436, programa NSF REU (CHE-1659852), suporte a instrumentos NSF (MRI-0821247), Bolsa de Física e Astronomia para o Sucesso (PASS) Projeto NSF (1643567), Fundação Welch (T-0014) e recursos de computação do Departamento de Energia (TX-W-20090427-0004-50) e L3 Communications. Os autores agradecem a Kent M. Ervin (Universidade de Nevada - Reno) e Peter B. Armentrout (Universidade de Utah) por compartilharem o programa CRUNCH e por conselhos sobre a montagem da PBA. Os autores agradecem ao grupo de Michael T. Bower na Universidade da Califórnia - Santa Barbara por compartilhar o programa Sigma.

<ol><li>Kim, Y. -M., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ligand+binding+energy+in+%5B%28bipy%29Rh%28PCH%29%5D%2B+by+collision-induced+dissociation+threshold+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Ligand binding energy in [(bipy)Rh(PCH)]+ by collision-induced dissociation threshold measurements.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 202 (1-3), 1-3 (2000).</li>
<li>Plattner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospray+mass+spectrometry+beyond+analytical+chemistry%3A+Studies+of+organometallic+catalysis+in+the+gas+phase%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Electrospray mass spectrometry beyond analytical chemistry: Studies of organometallic catalysis in the gas phase.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 207 (3), 125-144 (2001).</li>
<li>Narancic, S., Bach, A., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+fitting+of+energy-resolved+reactive+cross+sections+in+threshold+collision-induced+dissociation+%28T-CID%29+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Simple fitting of energy-resolved reactive cross sections in threshold collision-induced dissociation (T-CID) experiments.</a> Journal of Physical Chemistry A. 111 (30), 7006-7013 (2007).</li>
<li>Ervin, K., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+and+random+errors+in+ion+affinities+and+activation+entropies+from+the+extended+kinetic+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Systematic and random errors in ion affinities and activation entropies from the extended kinetic method.</a> Journal of Mass Spectrometry. 39 (9), 1004-1015 (2004).</li>
<li>Cooks, R. G., Wong, P. S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetic+method+of+making+thermochemical+determinations%3A+Advances+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Kinetic method of making thermochemical determinations: Advances and applications.</a> Accounts of Chemical Research. 31 (7), 379-386 (1998).</li>
<li>Ervin, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcanonical+analysis+of+the+kinetic+method.+The+meaning+of+the+%26%2334%3Bapparent+entropy%26%2334%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Microcanonical analysis of the kinetic method. The meaning of the &#34;apparent entropy&#34.</a> Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 13 (5), 435-452 (2002).</li>
<li>Amarasinghe, C., Jin, J. -P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+affinity+tags+to+overcome+obstacles+in+recombinant+protein+expression+and+purification%5BTitle%5D)+AND+%22Protein+%26+Peptide+Letters%22%5BJournal%5D)">The use of affinity tags to overcome obstacles in recombinant protein expression and purification.</a> Protein & Peptide Letters. 22 (10), 885-892 (2015).</li>
<li>Bornhorst, J. A., Falke, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Purification+of+proteins+using+polyhistidine+affinity+tags%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Enzymology%22%5BJournal%5D)">Purification of proteins using polyhistidine affinity tags.</a> Methods in Enzymology. 326, 245-254 (2000).</li>
<li>Yousef, E. N., Angel, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+pH-dependent+formation+of+His+and+Cys+heptapeptide+complexes+of+nickel%28II%29%2C+copper%28II%29%2C+and+zinc%28II%29+as+determined+by+ion+mobility-mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Comparison of the pH-dependent formation of His and Cys heptapeptide complexes of nickel(II), copper(II), and zinc(II) as determined by ion mobility-mass spectrometry.</a> Journal of Mass Spectrometry. 55 (3), 4489(2020).</li>
<li>Lin, Y. -F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weak+acid-base+interactions+of+histidine+and+cysteine+affect+the+charge+states%2C+tertiary+structure%2C+and+Zn%28II%29-binding+of+heptapeptides%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Weak acid-base interactions of histidine and cysteine affect the charge states, tertiary structure, and Zn(II)-binding of heptapeptides.</a> Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 30, 2068-2081 (2019).</li>
<li>Wagoner, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+multiple+conformational+charge+states+of+zinc%28II%29+coordination+by+2His-2Cys+oligopeptide+investigated+by+ion+mobility+-+mass+spectrometry%2C+density+functional+theory+and+theoretical+collision+cross+sections%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">The multiple conformational charge states of zinc(II) coordination by 2His-2Cys oligopeptide investigated by ion mobility - mass spectrometry, density functional theory and theoretical collision cross sections.</a> Journal of Mass Spectrometry. 51 (12), 1120-1129 (2016).</li>
<li>Flores, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+Co%28II%29%2C+Ni%28II%29%2C+Zn%28II%29+complexes+of+alternative+metal+binding+heptapeptides+and+nitrilotriacetic+acid%3A+Discovering+new+potential+affinity+tags%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Formation of Co(II), Ni(II), Zn(II) complexes of alternative metal binding heptapeptides and nitrilotriacetic acid: Discovering new potential affinity tags.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 463, 116554(2021).</li>
<li>Flores, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermochemical+and+conformational+studies+of+Ni%28II%29+and+Zn%28II%29+ternary+complexes+of+alternative+metal+binding+peptides+with+nitrilotriacetic+acid%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Thermochemical and conformational studies of Ni(II) and Zn(II) ternary complexes of alternative metal binding peptides with nitrilotriacetic acid.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 473, 116792(2022).</li>
<li>Sesham, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pH+dependent+Cu%28II%29+and+Zn%28II%29+binding+behavior+of+an+analog+methanobactin+peptide%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">The pH dependent Cu(II) and Zn(II) binding behavior of an analog methanobactin peptide.</a> European Journal of Mass Spectrometry. 19 (6), 463-473 (2013).</li>
<li>Choi, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+activity+and+multiple+copper%28I%29+coordination+of+2His-2Cys+oligopeptide%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Redox activity and multiple copper(I) coordination of 2His-2Cys oligopeptide.</a> Journal of Mass Spectrometry. 50 (2), 316-325 (2015).</li>
<li>Vytla, Y., Angel, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applying+ion+mobility-mass+spectrometry+techniques+for+explicitly+identifying+the+products+of+Cu%28II%29+reactions+of+2His-2Cys+motif+peptides%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Applying ion mobility-mass spectrometry techniques for explicitly identifying the products of Cu(II) reactions of 2His-2Cys motif peptides.</a> Analytical Chemistry. 88 (22), 10925-10932 (2016).</li>
<li>Yousef, E. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+mobility-mass+spectrometry+techniques+for+determining+the+structure+and+mechanisms+of+metal+ion+recognition+and+redox+activity+of+metal+binding+oligopeptides%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Ion mobility-mass spectrometry techniques for determining the structure and mechanisms of metal ion recognition and redox activity of metal binding oligopeptides.</a> Journal of Visualized Experiments. (151), e60102(2019).</li>
<li>Ilesanmi, A. B., Moore, T. C., Angel, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((pH+dependent+chelation+study+of+Zn%28II%29+and+Ni%28II%29+by+a+series+of+hexapeptides+using+electrospray+ionization+-+Ion+mobility+-+Mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">pH dependent chelation study of Zn(II) and Ni(II) by a series of hexapeptides using electrospray ionization - Ion mobility - Mass spectrometry.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 455, 116369(2020).</li>
<li>Armentrout, P. B., Ervin, K. M., Rodgers, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+rate+theory+and+kinetic+energy-resolved+ion+chemistry%3A+Theory+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Statistical rate theory and kinetic energy-resolved ion chemistry: Theory and applications.</a> Journal of Physical Chemistry A. 112 (41), 10071-10085 (2008).</li>
<li>Dalleska, N. F., Honma, K., Sunderlin, L. S., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvation+of+transition+metal+ions+by+water.+Sequential+binding+energies+of+M%2B%28H2O%29x+%28x+%3D+1-4%29+for+M+%3D+Ti+to+Cu+determined+by+collision-induced+dissociation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Solvation of transition metal ions by water. Sequential binding energies of M+(H2O)x (x = 1-4) for M = Ti to Cu determined by collision-induced dissociation.</a> Journal of the American Chemical Society. 116 (8), 3519-3528 (1994).</li>
<li>Ervin, K. M., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+energy+dependence+of+Ar+%2B+XY+%E2%86%92+ArX%2B+%2B+Y+%28XY+%3D+H2%2CD2%2CHD%29+from+thermal+to+30+eV+c.m%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Translational energy dependence of Ar + XY → ArX+ + Y (XY = H2,D2,HD) from thermal to 30 eV c.m.</a> Journal of Chemical Physics. 83, 166-189 (1985).</li>
<li>DeTuri, V. F., Ervin, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Competitive+threshold+collision-induced+dissociation%3A+Gas-phase+acidities+and+bond+dissociation+energies+for+a+series+of+alcohols%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Competitive threshold collision-induced dissociation: Gas-phase acidities and bond dissociation energies for a series of alcohols.</a> Journal of Physical Chemistry A. 103 (35), 6911-6920 (1999).</li>
<li>Iceman, C., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collision-induced+dissociation+and+theoretical+studies+of+K%2B+complexes+with+ammonia%3A+a+test+of+theory+for+potassium+ions%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Collision-induced dissociation and theoretical studies of K+ complexes with ammonia: a test of theory for potassium ions.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 222 (1-3), 329-349 (2003).</li>
<li>Rodgers, M. T., Ervin, K. M., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+modeling+of+collision-induced+dissociation+thresholds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Statistical modeling of collision-induced dissociation thresholds.</a> Journal of Chemical Physics. 106, 4499-4508 (1997).</li>
<li>Rodgers, M. T., Armentrout, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+modeling+of+competitive+threshold+collision-induced+dissociation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Statistical modeling of competitive threshold collision-induced dissociation.</a> Journal of Chemical Physics. 109, 1787-1800 (1998).</li>
<li>Armentrout, P. B., Ervin, K. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aArmentrout%2C+PB+%22CRUNCH%2C+Fortran+program%2C+version+5.2002%22">CRUNCH, Fortran program, version 5.2002</a>. , (2016).</li>
<li>Pringle, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+the+mobility+separation+of+some+peptide+and+protein+ions+using+a+new+hybrid+quadrupole%2Ftravelling+wave+IMS%2Foa-ToF+instrument%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">An investigation of the mobility separation of some peptide and protein ions using a new hybrid quadrupole/travelling wave IMS/oa-ToF instrument.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 261 (1), 1-12 (2007).</li>
<li>Smith, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deciphering+drift+time+measurements+from+travelling+wave+ion+mobility+spectrometry-mass+spectrometry+studies%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies.</a> European Journal of Mass Spectrometry. 15 (2), 113-130 (2009).</li>
<li>Forsythe, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collision+cross+section+calibrants+for+negative+ion+mode+traveling+wave+ion+mobility-mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Collision cross section calibrants for negative ion mode traveling wave ion mobility-mass spectrometry.</a> Analyst. 140 (20), 6853-6861 (2015).</li>
<li>Allen, S. J., Giles, K., Gilbert, T., Bush, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+mobility+mass+spectrometry+of+peptide%2C+protein%2C+and+protein+complex+ions+using+a+radio-frequency+confining+drift+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Ion mobility mass spectrometry of peptide, protein, and protein complex ions using a radio-frequency confining drift cell.</a> Analyst. 141 (3), 884-891 (2016).</li>
<li>Salbo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traveling-wave+ion+mobility+mass+spectrometry+of+protein+complexes%3A+accurate+calibrated+collision+cross-sections+of+human+insulin+oligomers%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Communications+in+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Traveling-wave ion mobility mass spectrometry of protein complexes: accurate calibrated collision cross-sections of human insulin oligomers.</a> Rapid Communications in Mass Spectrometry. 26 (10), 1181-1193 (2012).</li>
<li>Stewart, J. J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+parameters+for+semiempirical+methods+V%3A+Modification+of+NDDO+approximations+and+application+to+70+elements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Modeling%22%5BJournal%5D)">Optimization of parameters for semiempirical methods V: Modification of NDDO approximations and application to 70 elements.</a> Journal of Molecular Modeling. 13, 1173(2007).</li>
<li>Frisch, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFrisch%2C+MJ+%22Gaussian+09%2C+Revision+C.01.+Wallingford+CT%3A+Gaussian%2C+Inc%22">Gaussian 09, Revision C.01. Wallingford CT: Gaussian, Inc</a>. , (2012).</li>
<li>Becke, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density-functional+thermochemistry.+III.+The+role+of+exact+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange.</a> Journal of Chemical Physics. 98, 5648-5652 (1993).</li>
<li>Wyttenbach, T., von Helden, G., Batka, J. J., Carlat, D., Bowers, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+long-range+potential+on+ion+mobility+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Effect of the long-range potential on ion mobility measurements.</a> Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 8, 275-282 (1997).</li>
<li>Shvartsburg, A. A., Jarrold, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+exact+hard-spheres+scattering+model+for+the+mobilities+of+polyatomic+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">An exact hard-spheres scattering model for the mobilities of polyatomic ions.</a> Chemical Physics Letters. 261 (1-2), 86-91 (1996).</li>
<li>Heerdt, G., Zanotto, L., Souza, P. C. T., Araujo, G., Skaf, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collision+cross+section+calculations+using+HPCCS%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Collision cross section calculations using HPCCS.</a> Methods in Molecular Biology. 2084, 297-310 (2020).</li>
<li>Zanotto, L., Heerdt, G., Souza, P. C. T., Araujo, G., Skaf, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+performance+collision+cross+section+calculation-HPCCS%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computational+Chemistry%22%5BJournal%5D)">High performance collision cross section calculation-HPCCS.</a> Journal of Computational Chemistry. 39 (21), 1675-1681 (2018).</li>
<li>https://cccbdb.nist.gov/pollistx.asp. , Available from: 
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<li>Raja, U. K. B., Injeti, S., Culver, T., McCabe, J. W., Angel, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+stability+of+insulin+oligomers+using+electrospray+ionization+ion+mobility+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Probing the stability of insulin oligomers using electrospray ionization ion mobility mass spectrometry.</a> European Journal of Mass Spectrometry. 21 (6), 759-774 (2015).</li>
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</ol>

Os autores não têm conflito de interesses para divulgar.

Passos críticos Análises de dissociação induzida por colisão de limiar eS-IM-MS (TCID). O TCID usou a célula de onda T de transferência na presença de argônio como célula de colisão. Antes da dissociação, os íons precursores são termeléculados por colisões de baixa energia com gás nitrogênio à medida que passam pela célula de mobilidade de íons (IM). Isso resulta em um TCID mais reprodutível resolvido pela energia do que é alcançado usando a armadilha como a célula</...

Este estudo descreve uma nova técnica utilizando um espectrômetro de mobilidade de mobilidade de íons comercialmente disponível que permite a determinação da termoquímica relativa para a dissociação de um complexo metálico ternário de ligação metálica alternativa (amb) (amb+M(II)+NTA], onde M = Zn ou Ni e NTA = ácido nitrilotriactico (Figura 1). Essas reações modelam a dissociação da proteína recombinante amb marcada ligada ao metal imobilizado NTA durante a cromatografia de afinidade metálica imobilizada (IMAC)1,2. Como exemplo, este método é descrito utilizando as etiquetas amb heptapeptide de amb A e H (Figura 2) (escolhidas nos estudos anteriores 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ), que exibem propriedades de ligação Zn(II) e Ni(II) e, portanto, têm aplicações potenciais como etiquetas de purificação. No entanto, o processo descrito pode ser usado para avaliar energias termoquímicas em qualquer sistema organometólico. Estes peptídeos amb têm locais de ligação metálica nas posições Aa1-Aa 2 e Aa6-Aa 7 que competem com os locais de carboxilato e amina da NTA. Os três aminoácidos amb centrais fornecem um espaçador (Gly3), a dobradiça para os dois braços (Pro4) e uma interação de cation de π metais de longa distância (Tyr5).
O estado de carga geral 1− dos complexos [amb+M(II)+NTA]- é determinado pelo estado de protonação de seus potenciais locais de vinculação. Uma vez que existe Ni(II) ou Zn(II) com o estado de oxidação 2+, deve haver uma rede de três locais desprotosados negativamente carregados. A modelagem molecular dos complexos [amb+M(II)+NTA]- prevê que estes são dois prótons da NTA e um próton da amb (i.e., [amb-H+M(II)+NTA-2H]-). Os canais do produto contêm uma espécie iônica e uma espécie neutra (ou seja, [NTA-3H+M(II)]- + amb ou [amb-3H+M(II)]- + NTA). No manuscrito, "-3H" é excluído nos nomes dos complexos, mas o leitor deve saber que o -3H está implícito. O instrumento mede as intensidades relativas das duas espécies iônicas de massa a carga (m/z). Um dos principais atributos das análises do ES-IM-MS é que permite o exame da reatividade de uma espécie específica de m/z, conforme utilizado aqui e em estudos anteriores de AMB 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.
A aquisição de dados termoquímicos para grandes complexos por meio da dissociação induzida por colisão é um assunto de interesse significativo13,14. Metodologias, incluindo o método cinético, não são propícias à montagem de dados sobre uma série de energias, nem são responsáveis por ambientes multi-colisão 15,16,17,18. Aqui, o método CID (TCID) limiar, desenvolvido usando espectrometria de massa de feixe de íons guiados por Armentrout, Ervin e Rodgers é aplicado19 a uma nova plataforma de instrumentos ES-IM-MS utilizando guias de íons de ondas de viagem. O método TCID permite a análise termoquímica relativa da dissociação dos complexos ternários em seus dois canais de produtos e inclui uma lei limiar descrevendo a transferência de energia de colisão entre a energia translacional do reagente (complexo ternário nesta pesquisa) e um gás alvo inerte (argônio neste caso). O método inclui a integração sobre a distribuição interna de energia20 do reagente, as distribuições de energia translacional entre o reagente e o gás alvo21, e as distribuições totais de momento angular22,23. Uma probabilidade de dissociação e correção estatística de Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) dos turnos cinéticos resultantes da janela de tempo limitada para observação dos produtos estão incluídos24. Para dois canais independentes de produtos, o método TCID competitivo permite o encaixe simultâneo dos dois canais de produtos concorrentes. A dissociação do complexo é através de um estado de transição em órbita, que tem as propriedades dos produtos, mas é mantido em conjunto por um dipolobloqueado 25. O método TCID é incorporado ao programa CRUNCH26, e o funcionamento da interface do usuário é descrito aqui para avaliar a termoquímica dos dois canais de dissociação dos complexos ternários [amb+M(II)+NTA]. O programa CRUNCH está disponível mediante solicitação dos desenvolvedores26.

<table><tbody><tr><td>Acetonitrilo Grau HPLC</td><td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td><td>A998SK-4</td><td></td></tr><tr><td>Peptídeos alternativos de ligação a metais (amb)</td> Os peptídeos projetados pela <td>PepmicCo (www.pepmic.com)</td><td></td> <td>foram sintetizados por encomenda</td></tr><tr><td>Acetato de amônio (ultrapuro)</td><td>VWR</td><td>97061-014</td><td></td></tr><tr><td>Hidróxido de amônio (grau de metal traço)</td><td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td><td>A512-P500</td><td></td></tr><tr><td>Driftscope 2.1 programa de software</td><td>Waters (www.waters.com)</td><td></td> <td>programa de análise de software</td></tr><tr><td>Gaussian 09</td><td>Gaussian</td><td></td> Electronic <td>Structure Modeling Software</td></tr><tr><td>GaussView</td> Interface gráfica <td>gaussiana</td><td></td><td>para visualizar cálculos</td></tr><tr><td>Ácido acético glacial (grau Optima)</td><td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td><td>A465-250</td><td></td></tr><tr><td>Método Lennard-Jones (LJ) em escala iônica</td><td>Grupo Sigma</td><td></td><td>Michael T. Bowers da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara</td></tr><tr><td>MassLynx 4.1</td><td>Waters (www.waters.com)</td><td></td> <td>programa de análise de software</td></tr><tr><td>Tubos de microcentrífuga</td><td>VWR</td><td>87003-294</td><td>1,7 mL, polipropileno</td></tr><tr><td>Tubos de microcentrífuga</td><td>VWR</td><td>87003-298</td><td>2,0 mL, nitrato de polipropileno</td></tr><tr><td>Ni(II) hexahidratado (99% de pureza)</td><td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td><td>A15540</td><td></td></tr><tr><td>Poli-DL-alanina</td><td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td><td>P9003-25MG</td><td></td></tr><tr><td>Waters Synapt G1 HDMS</td><td>Waters (www.waters.com)</td><td></td><td>&nbsp; quadrupolo - mobilidade iônica - tempo de voo espectrômetro de massa</td></tr><tr><td>de nitrato de Zn (II) hexahidratado (99% + pureza)</td> <td>Alfa Aesar (www.alfa.com)</td> <td>12313</td><td></td></tr></tbody></table>

estudos termoquímicos de ni(ii) e zn(ii) complexos ternários utilizando espectrometria de ion mobility-mass

Thermochemical Studies of Ni(II) and Zn(II) Ternary Complexes Using Ion Mobility-Mass Spectrometry

Este artigo descreve um protocolo experimental usando espectrometria eletrospray-ion mobilidade-massa (ES-IM-MS) e dissociação induzida por colisão limiar (TCID) para medir a termoquímica de a dissociação de complexos ternários carregados negativamente [amb+M(II)+NTA]- complexos ternários em dois canais de produto: [amb+M(II)] + NTA ou [NTA+M(II)]-  + amb, onde M = Zn ou Ni e NTA é ácido nitrilotriactico. Os complexos contêm um dos heptapeptides de ligação metálica alternativa (amb) com as estruturas primárias acetil-His 1-Cys2-Gly 3-Pro 4-Tyr5-His 6-Cys 7 ou acetil-Asp1-Cys 2-Gly 3-Pro 4-Tyr 5-His 6-Cys 7, onde os aminoácidos Aa1,2,6,7 posições são os potenciais locais de ligação metálica. Estados estacionários otimizados pela geometria dos complexos ternários e seus produtos foram selecionados a partir de cálculos de química quântica (atualmente o PM6 semi-empírico Hamiltoniano) comparando suas energias eletrônicas e suas seções transversais de colisão (CCS) às medidas pelo ES-IM-MS. A partir dos cálculos de frequência PM6, os parâmetros moleculares do complexo ternário e seus produtos modelam as intensidades dependentes de energia dos dois canais de produto utilizando um método TCID competitivo para determinar as energias limiares das reações que se relacionam com os 0 Kenthalpies de dissociação (ΔH0). Correções térmicas e entropias estatísticas utilizando as frequências rotacionais e vibracionais PM6 fornecem os 298 K de dissociação (ΔH298). Esses métodos descrevem uma rotina de EI-IM-MS que pode determinar as constantes termoquímicas e de equilíbrio para uma gama de complexos de íons metálicos ternários.

A dissociação competitiva induzida por colisão dos [amb+M(II)+NTA]- complexos ternários de A e H em [amb+M(II)]- + NTA ou [NTA+M(II)]- + amb, são mostrados na Figura 3. O amb é mostrado como A ou H e o M = Zn ou Ni. O complexo ternário [A+Zn(II)+NTA]- possui limiares aparentes de cerca de 0,7 eV de energia de colisão (CE) para produzir [A+Zn(II)]- e cerca de 0,9 eV para ...

Este artigo descreve um protocolo experimental usando espectrometria eletrospray-ion mobilidade-massa, cálculos quânticos semi-empíricos e dissociação induzida por colisão limiar resolvida pela energia para medir a termoquímica relativa da dissociação de complexos metálicos ternários relacionados.

Estudos Termoquímicos de Ni(II) e Zn(II) Complexos Ternários utilizando Espectrometria de Ion Mobility-Mass

This article describes an experimental protocol using electrospray-ion mobility-mass spectrometry (ES-IM-MS) and energy-resolved threshold ...

Esta nova técnica combina espectrometria de mobilidade-mobilidade com modelagem molecular e teoria da dinâmica de reação para determinar a termoquímica relativa de duas reações de dissociação concorrentes de um complexo ternário. A combinação dessas técnicas caracteriza as vias de reação de reagentes e produtos, estruturas conformais e a afinidade do ligante para formar um complexo ternário com o íon metálico. Esta pesquisa modela a reatividade de duas potenciais etiquetas de peptídeos para purificação de proteínas recombinantes, onde a tag reage com a quelatada metálica por ácido nitrilotriactico em uma coluna de afinidade metálica imobilizada.Comece carregando a amostra de 2 mililitros em uma seringa de nariz sem corte de 2,5 mililitros e injetando a amostra no eletrospray do instrumento usando a bomba de seringa do instrumento a uma taxa de fluxo de 10 microliters por minuto. Coloque o instrumento em espectrometria de massa de íon negativo ou modo IM-MS. Identifique o padrão de isótopo em massa de carga do complexo ternário de ligação metálica alternativa com carga negativa, ou complexo amb-metal-NTA, abrindo o programa de espectrometria de massa e selecionando spectrum.Em seguida, selecione Ferramentas seguidas pelo Modelo de Isótopo. Na janela pop-up, liste a fórmula molecular do complexo, verifique a caixa para Show Charged Ion, digite 1 para a carga de negativa, e clique em OK.In o padrão de isótopo exibido do complexo, note o pico de massa mais baixo. No software de instrumento, selecione Configuração seguida de Quad Profile.Em seguida, selecione Manual Fixo e digite a massa do pico de padrão isotópico mais baixo. Clique em Atualizar e feche a janela. Novamente, selecione Configuração e clique em Resolver Quad.Colete o espectro de íon negativo IM-MS começando com a primeira energia de colisão de transferência usando uma duração de execução de 5 minutos e tempo de varredura de 2 segundos. Repita para coletar o espectro IM-MS para cada uma das outras energias de colisão. Utilize as distribuições integradas de tempo de chegada, ou áreas ATD, para o complexo ternary amb-metal-NTA e dois produtos, complexo NTA-metal e complexo amb-metal, para normalizar para uma escala percentual relativa.A partir da dissociação induzida por colisão de limiar de réplica, ou medidas TCID, encontrar os desvios médios e padrão de cada ponto de dados. Em seguida, converta a energia de colisão de transferência de quadro de laboratório para a energia de colisão em massa. Para medir as seções transversais de colisão, colete o espectro negativo de íon IM-MS da amostra de poli-DL-alanina de 10 ppm, ou PA, por 10 minutos usando as condições de operação instrumentais.Em seguida, colete os espectros IM-MS de cada complexo ternário por 5 minutos. Extrair o ATD de cada um dos complexos PA e ternários e exportar seus arquivos para o software de espectrometria de massa usando a opção Retain Drift Time. Encontre os tempos médios de chegada a partir do máximo das curvas ATD correspondentes.Use um método de calibração transversal para converter os tempos médios de chegada em seções transversais de colisão do complexo ternário. Do menu principal do CRUNCH, abra o arquivo de texto GB5 contendo a energia do centro de massa, ou intensidades relativas dependentes do ECM dos produtos. Resposta Não aos parâmetros de leitura.Em seguida, selecione Modelagem seguida de Definir todos os parâmetros. A partir das opções do modelo de reação, escolha a opção CID limiar padrão seguida por RRKM com integração sobre a distribuição de transferência de energia do complexo ternário. Digite 2 para canais de produtos independentes modelados e selecione Calcular seções transversais.Para o tipo de modelo nãoconvolucido, escolha 0 seção transversal Kelvin, que inclui a correção estatística de RRKM dos turnos cinéticos devido à janela de tempo de 50 microsegundos da célula de colisão para o detector de tempo de voo. Para as opções de convolução, escolha a dupla integral de Tiernan, que inclui a convolução sobre distribuições de energia translacional entre o íon do complexo ternário e o gás de colisão de argônio. Para o método de integração numérica, escolha quadrature gaussiana com seções transversais pré-salvas.A partir das opções de entrada nos parâmetros moleculares, digite G para ler o arquivo de modelagem estrutural com as frequências vibracionais e rotacionais PM6 do complexo ternário. Resposta Sim à pergunta: Um dos reagentes é atômico? Escreva a localização e o nome do arquivo de modelagem.Digite 1 para a carga em íon e 1.664 para a polarizabilidade do gás argônio. A massa de íons e massa de destino são para o complexo ternário e argônio, respectivamente, e são lidas automaticamente a partir do arquivo de texto GB5. Digite 0 para vibrações harmônicas.Aperte Enter para ler as constantes rotacionais 1D e 2D do arquivo de modelagem estrutural. Selecione os valores padrão de 0 para os tratamentos de rotor dificultados e 1 para simetria de moléculas. Escolha o padrão 300 Kelvin para a temperatura de reação.Selecione Integração para o método de redução da densidade do array de estados. Selecione Sim para truncar a distribuição de energia. Digite 40000 número de onda para energia máxima para distribuição, 2 número de onda para tamanho de lixeira e 32 para o número de pontos na distribuição de energia.Para parâmetros para o modelo TCID/RRKM, escolha Sim para Alterar, digite 0 para Tempo Fixo e 0,000050 segundos para o limite superior da janela de detecção. Para o canal do produto 1, selecione 1 para um único estado de transição a partir das opções do canal de dissociação e 0 para nenhuma dissociação sequencial. Para o tipo de estado de transição, escolha 1 para órbita.Selecione G para ler os arquivos do programa de modelagem que contenham os parâmetros rotacionais e vibracionais PM6 para os produtos amb-metal complexo mais NTA. Enter No for:É um dos estados de transição de limite de espaço de fase, ou PSL TS, espécie atômica? Digite o local e o nome do arquivo complexo amb-metal.Use 1.062 para frequências de escala, bata Enter para o número de átomos e digite No for:A molécula é linear? Repita o mesmo para o arquivo de modelagem que contém as frequências vibracionais e rotacionais do produto NTA. Digite a descrição do TS em órbita. Digite 1.0 para a carga de íon amb-metal e, em seguida, entre na polarizabilidade e no momento dipolo da NTA.Selecione 0 Kelvin para temperatura rotacional e dipolo bloqueado para o tratamento do estado de transição em órbita. Entre as massas médias do íon amb-metal e nta. Aperte Enter para ler as constantes de rotação 1D e 2D dos arquivos de modelagem.Selecione 0 para rotores dificultados, 1 para simetria de moléculas e 1 para degeneração de reação. Digite a opção Sem Alterações. Para o canal do produto 2, selecione 1 para estado de transição único, 0 para nenhum para a dissociação sequencial e 1 para orbitar para o tipo de estado de transição.Selecione G para ler em arquivos de modelagem que contenham os parâmetros rotacionais e vibracionais PM6 para os produtos complexos NTA-metal e amb. Então, digite a descrição do TS em órbita. Digite 1.0 para a carga do íon complexo NTA-metal, e insira a polarizabilidade e o momento do dipolo da amb. Selecione 0 Kelvin para a temperatura rotacional e dipolo bloqueado para o tratamento do estado de transição em órbita.Entre nas massas médias dos produtos NTA-metal e amb. Aperte Enter para ler as constantes de rotação 1D e 2D dos arquivos de modelagem. Selecione 0 para rotores dificultados, 1 para simetria de moléculas e 1 para degeneração de reação.Então, insira "Sem Alterações". Para lidar com rotações 2D inativas, selecione as opções padrão para distribuição de momento angular estatístico e integre a distribuição P-E, G sobre J. Use o valor padrão de 32 no número de pontos na integração.Para o menu Modelo, selecione Otimizar parâmetros para encaixar dados e digite a energia mínima e energia máxima para iniciar e terminar o ajuste de dados, respectivamente. Selecione 1 para os desvios padrão experimentais dos modelos de ponderação. Com base nos dados, selecione um desvio padrão mínimo aceitável de 0,01 a 0,001.Use o valor padrão para o limite de convergência do E0 e selecione Não para manter qualquer parâmetro no valor atual, 0,5 e 2.0 elétronvolt para os limites inferiores e superiores e 2 para o método de avaliação de derivativos. No menu Otimização, selecione Iniciar Otimização. O programa CRUNCH otimizará o modelo TCID selecionado aos dados experimentais.Por fim, no menu Modelo, selecione delta-H e S em T para a avaliação termoquímica dos dois canais de dissociação. A imagem representativa mostra as estruturas primárias dos peptídeos de ligação metálica alternativa A e H. A cor destaca os potenciais locais de ligação metálica.A dependência energética para formar os íons de produtos amb-metal e NTA-metal é mostrada aqui. A energia de colisão em massa, onde há 50% de dissociação do complexo ternário amb-metal-NTA, está incluída nos gráficos. As imagens representativas mostram o modelo de dinâmica para o método TCID resolvido em energia.As colisões entre o complexo ambH-zinco-NTA mais o argônio resultam na dissociação ao complexo ambH-zinco e produtos NTA-zinco livres, ou produtos ambH complexos e ambH livres de NTA. As energias limiares E1 e E2 equivalem aos 0 Kelvin enthalpies de dissociação para as reações complexo ambH-zinco-NTA ao complexo ambH-zinco e nta livre, ou complexo ambH-zinco-NTA ao complexo NTA-zinco e ambH livre, respectivamente. Os complexos ternários ternários amb-metal-NTA otimizados para geometria PM6 são mostrados aqui.Esses conformadores foram utilizados na modelagem TCID dos dados experimentais e foram selecionados de outras estruturas candidatas comparando suas energias eletrônicas PM6 e como suas seções transversais de colisão calculadas em comparação com as seções transversais de colisão medida pelo IM-MS. O TCID resolvido com energia dos quatro complexos amb-metal-NTA é retratado nessas imagens. Para as espécies A e H, os íons do produto de amb-metal e NTA-metal com os ajustes de limiar CRUNCH complicados são mostrados aqui.Os valores energéticos são os enthalpies de dissociação em 0 Kelvin para as reações amb-metal-NTA a amb-metal e NTA livre, ou amb-metaL-NTA para NTA-metal e amb livre. Uma comparação das energias livres de Gibbs de associação em kilojoules por toupeira e constantes de formação derivadas das inenthalpies de dissociação, líquido zero Kelvin, com cálculos de mecânica estatica usando os parâmetros PM6 são mostrados aqui. A reação do NTA-níquel e ambA livre para formar o complexo ambA-níquel-NTA exibe a maior constante de formação e representa a reação onde a proteína marcada ambA é imobilizada pelo NTA-níquel dentro da coluna de afinidade.O encaixe CRUNCH requer uma triagem cuidadosa de reagentes e produtos para obter energias precisas de limiar. É necessária experiência em modelagem molecular para obter as estruturas e parâmetros moleculares confiáveis. Os métodos gerais descritos aqui poderiam ser desenvolvidos para triagem da eficácia de moléculas projetadas para ligar cofatores metálicos e locais ativos de proteínas para bloquear as funções enzimáticas.

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JoVE Journal

Chemistry

Química

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