Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

الدراسات الكيميائية الحرارية للمجمعات الثلاثية Ni(II) و Zn(II) باستخدام مطياف الكتلة الأيونية

Published: June 8, 2022 doi: 10.3791/63722
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 2, 1
1Department of Chemistry, Texas A&M University-Commerce, 2Laboratoire de Chimie Théorique, Sorbonne Université

Summary

توضح هذه المقالة بروتوكولا تجريبيا يستخدم مطياف الكتلة الحركية لأيون البخاخ الكهربائي ، والحسابات الكمومية شبه التجريبية ، والتفكك الناجم عن تصادم العتبة الذي تم حله بالطاقة لقياس الكيمياء الحرارية النسبية لتفكك المجمعات المعدنية الثلاثية ذات الصلة.

Abstract

توضح هذه المقالة بروتوكولا تجريبيا باستخدام مطياف الكتلة الحركية لأيون البخاخ الكهربائي (ES-IM-MS) والتفكك الناجم عن تصادم العتبة الذي تم حله بالطاقة (TCID) لقياس الكيمياء الحرارية لتفكك المجمعات الثلاثية المشحونة سالبة [amb + M (II) + NTA] إلى قناتي منتج: [amb + M (II)] + NTA أو [NTA + M (II)]-  + amb ، حيث M = Zn أو Ni و NTA هو حمض النتريلوترياسيتيك. تحتوي المجمعات على أحد الببتيدات السباعي البديلة الملزمة للمعادن (amb) مع الهياكل الأساسية الأسيتيل - له 1-Cys 2-Gly 3-Pro 4-Tyr 5-His 6-Cys 7 أو acetyl-Asp 1-Cys 2-Gly3-Pro 4-Tyr 5-His 6-Cys 7 ، حيث الأحماض الأمينية 'Aa1,2,6,7 المواقع هي مواقع ربط المعادن المحتملة. تم اختيار الحالات الثابتة المحسنة هندسيا للمجمعات الثلاثية ومنتجاتها من حسابات كيمياء الكم (حاليا PM6 شبه التجريبية Hamiltonian) من خلال مقارنة طاقاتها الإلكترونية ومقاطعها العرضية التصادمية (CCS) بتلك التي تم قياسها بواسطة ES-IM-MS. من حسابات تردد PM6 ، تقوم المعلمات الجزيئية للمجمع الثلاثي ومنتجاته بنمذجة الكثافة المعتمدة على الطاقة لقناتي المنتج باستخدام طريقة TCID تنافسية لتحديد طاقات عتبة التفاعلات التي تتعلق بالمحتوى الحراري 0 K للتفكك (ΔH0). توفر التصحيحات الحرارية والانتروبية الإحصائية باستخدام الترددات الدورانية والاهتزازية PM6 298 K للتفكك (ΔH298). تصف هذه الطرق روتين EI-IM-MS الذي يمكنه تحديد الكيمياء الحرارية وثوابت التوازن لمجموعة من مجمعات أيون المعادن الثلاثية.

Introduction

تصف هذه الدراسة تقنية جديدة باستخدام مطياف حركة الأيونات والكتلة المتاح تجاريا والذي يسمح بتحديد الكيمياء الحرارية النسبية لفصل مركب معدني ثلاثي بديل ملزم (amb) [amb + M (II) + NTA] ، حيث M = Zn أو Ni و NTA = حمض nitrilotriacetic (الشكل 1). تمثل هذه التفاعلات تفكك البروتين المؤتلف الموسوم ب amb المرتبط بالمعدن المثبت بواسطة NTA أثناء كروماتوغرافيا تقارب المعادن المجمدة (IMAC) 1,2. على سبيل المثال ، يتم وصف هذه الطريقة باستخدام علامات سباعي الببتيد amb من amb A و H (الشكل 2) (تم اختيارها من الدراسات السابقة 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) التي تظهر خصائص ربط Zn(II) و Ni(II)، وبالتالي يكون لها تطبيقات محتملة كعلامات تنقية. ومع ذلك ، يمكن استخدام العملية الموصوفة لتقييم الطاقات الكيميائية الحرارية في أي نظام عضوي معدني. تحتوي ببتيدات amb هذه على مواقع ربط معدنية في مواقع Aa1-Aa 2 و Aa6-Aa 7 التي تتنافس مع مواقع الكربوكسيلات والأمين في NTA. توفر الأحماض الأمينية المركزية الثلاثة amb فاصل (Gly3) ، ومفصل للذراعين (Pro4) ، وتفاعل كاتيون π معدني لمسافات طويلة (Tyr5).

يتم تحديد حالة الشحنة الإجمالية 1− لمجمعات [amb + M (II) + NTA] من خلال حالة البروتونات لمواقع الارتباط المحتملة الخاصة بها. نظرا لوجود Ni(II) أو Zn(II) مع حالة الأكسدة 2+ ، يجب أن يكون هناك صافي من ثلاثة مواقع سالبة مشحونة بالبروتون. تتنبأ النمذجة الجزيئية لمجمعات [amb + M (II) + NTA] بأن هذين البروتونين من NTA وبروتون واحد من amb (أي [amb-H + M (II) + NTA-2H]-). تحتوي قنوات المنتج على نوع أيوني ونوع محايد (أي [NTA-3H+M(II)]- + amb أو [amb-3H+M(II)]- + NTA). في المخطوطة ، يتم استبعاد "-3H" في أسماء المجمعات ، ولكن يجب أن يعرف القارئ أن -3H ضمني. ويقيس هذا الجهاز الكثافة النسبية للنوعين الأيونيين من الكتلة إلى الشحنة (m/z). تتمثل إحدى السمات الرئيسية لتحليلات ES-IM-MS في أنها تسمح بفحص تفاعل نوع معين من أنواع M / Z ، كما هو مستخدم هنا وفي دراسات AMB السابقة 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.

الحصول على البيانات الكيميائية الحرارية للمجمعات الكبيرة باستخدام التفكك الناجم عن الاصطدام هو موضوع ذو أهمية كبيرة13,14. المنهجيات بما في ذلك الطريقة الحركية لا تفضي إلى ملاءمة البيانات عبر مجموعة من الطاقات ، كما أنها لا تأخذ في الاعتبار بيئات التصادم المتعدد15،16،17،18. هنا ، يتم تطبيق طريقة CID العتبة (TCID) ، التي تم تطويرها باستخدام قياس الطيف الكتلي الترادف للحزمة الأيونية الموجهة بواسطة Armentrout و Ervin و Rodgers19 على منصة أدوات ES-IM-MS الجديدة باستخدام أدلة أيون الموجة المتنقلة. تسمح طريقة TCID بإجراء تحليل كيميائي حراري نسبي لتفكك المجمعات الثلاثية إلى قناتي المنتج الخاصة بهما وتتضمن قانون عتبة يصف نقل طاقة التصادم بين الطاقة الانتقالية للمتفاعل (المركب الثلاثي في هذا البحث) والغاز المستهدف الخامل (الأرجون في هذه الحالة). تتضمن الطريقة التكامل على توزيع الطاقة الداخلي للمتفاعل 20 ، وتوزيعات الطاقة الانتقالية بين المتفاعل والغاز المستهدف21 ، وإجمالي توزيعات الزخم الزاوي22,23. يتم تضمين احتمال الانفصال والتصحيح الإحصائي رايس رامسبرجر كاسل ماركوس (RRKM) للتحولات الحركية الناتجة عن النافذة الزمنية المحدودة لمراقبة المنتجات24. بالنسبة لقناتي منتج مستقلتين ، تسمح طريقة TCID التنافسية بالتركيب المتزامن لقناتي المنتج المتنافستين. يتم تفكك المجمع من خلال حالة انتقالية مدارية ، والتي لها خصائص المنتجات ولكن يتم الاحتفاظ بها معا بواسطة ثنائي القطب25 مقفل. تم دمج طريقة TCID في برنامج CRUNCH26 ، ويتم وصف تشغيل واجهة المستخدم هنا لتقييم الكيمياء الحرارية لقناتي التفكك للمجمعات الثلاثية [amb + M (II) + NTA]. يتوفر برنامج CRUNCH عند الطلب من المطورين26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: يوضح الشكل 1 نظرة عامة على البروتوكول.

1. إعداد الكواشف

  1. شراء الببتيدات amb المجففة بالتجميد (نقاء >98٪) وتخزينها في ثلاجة -80 درجة مئوية.
  2. شراء >99٪ نقاء الزنك (II) نترات سداسي هيدرات والنيكل (II) نترات سداسي الهيدرات.
    تنبيه: يمثل سداسي هيدرات نترات النيكل (II) خطرا بيئيا وصحيا.
  3. شراء حمض النتريلوتريسيتيك ، بوليمرات بولي DL-ألانين ، خلات الأمونيوم فائقة النقاء / النزرة المعدنية ، هيدروكسيد الأمونيوم ، حمض الخليك الجليدي ، و HPLC الصف الأسيتونيتريل.

2. إعداد حلول المخزون

  1. الببتيد AMB حل الأسهم
    1. قم بإعداد محلول مائي بتركيز 12.5 mM amb عن طريق وزن 10-20 ملغ من الببتيد المجفف بالتجميد باستخدام ما لا يقل عن ثلاثة أرقام مهمة ووضعه في أنبوب طرد مركزي دقيق من البولي بروبيلين 1.7 مل.
    2. أضف الحجم المناسب من الماء منزوع الأيونات (>17.8 MΩ cm) إلى أنبوب الطرد المركزي الدقيق. أغلق الغطاء واخلطه جيدا مع 20 انقلابا على الأقل.
    3. قم بإنشاء 50 ميكرولتر من محلول amb 12.5 mM ووضعها في أنابيب أجهزة طرد مركزي دقيقة 1.7 مل. قم بتخزين حلول مخزون aliquot عند -80 درجة مئوية.
  2. حلول مخزون أيون المعادن
    1. قم بتحضير المحاليل المائية Zn(II) و Ni(II) بتركيز 12.5 mM عن طريق وزن 10-30 mg من سداسي هيدرات النترات المعدنية باستخدام ما لا يقل عن ثلاثة أرقام مهمة ووضعها في أنبوب طرد مركزي دقيق من البولي بروبيلين 1.7 مل.
    2. أضف الكمية المناسبة من ماء DI إلى أنبوب الطرد المركزي الدقيق. أغلق الغطاء واخلطه جيدا مع 20 انقلابا على الأقل. تخزين 50 ميكرولتر من حلول مخزون أليكوت عند -80 درجة مئوية.
  3. حلول المخزون الأيوني NTA
    1. قم بإعداد محلول NTA مائي بوزن 10-30 ملغ من NTA باستخدام ما لا يقل عن ثلاثة أرقام مهمة ووضعه في أنبوب طرد مركزي دقيق 1.7 مل.
    2. أضف الكمية المناسبة من ماء DI إلى NTA في أنبوب جهاز الطرد المركزي الدقيق لتحقيق تركيز نهائي قدره 12.5 ملليمتر. أغلق الغطاء واخلطه جيدا مع 20 انقلابا على الأقل. تخزين 50 ميكرولتر من حلول مخزون أليكوت عند -80 درجة مئوية.
  4. حلول مخزون خلات الأمونيوم: يزن 30.8 ملغ من خلات الأمونيوم ويضاف إلى 40 مل من ماء DI لإنتاج محلول 10 ملليمتر. اضبط الرقم الهيدروجيني لمحلول خلات الأمونيوم على الرقم الهيدروجيني 7.7 مع هيدروكسيد الأمونيوم 1 mM.
  5. محلول مخزون Poly-DL-alanine: اصنع محلول مخزون Poly-DL-alanine (PA) 1 مل ، 1000 جزء في المليون عن طريق إذابة 1.0 ملغ من PA في ماء DI. اخلطي بشكل شامل. قم بإنشاء 50 ميكرولتر من الأليكوتات ووضعها في أنابيب الطرد المركزي الدقيقة ذات العلامات الفردية. قم بتخزين محلول 1000 جزء في المليون عند -80 درجة مئوية.

3. تحليل التحليل الكهربي لحركة أيون وقياس الطيف الكتلي (ES-IM-MS) الناجم عن التصادم (CID)

  1. قم بإعداد الأداة عن طريق تنظيف أنابيب مدخل ES والشعيرات الدموية المعدنية عن طريق حقن 500 ميكرولتر من حمض الخليك الجليدي 0.1 M ، تليها 500 ميكرولتر من 0.1 M هيدروكسيد الأمونيوم ، وأخيرا 500 ميكرولتر من محلول خلات الأمونيوم 7.7 درجة الحموضة.
  2. قم بتسييل محلول مخزون AMB سعة 12.5 مللي متر عن طريق إحضاره إلى درجة حرارة الغرفة. قم بإنشاء تركيز نهائي قدره 0.125 mM amb عن طريق إجراء تخفيفين متتاليين باستخدام ماء DI. تخلط بشكل شامل بعد كل تخفيف.
  3. قم بتسييل محلول مخزون أيون المعدن 12.5 mM عن طريق إحضاره إلى درجة حرارة الغرفة. قم بإنشاء تركيز نهائي من 0.125 mM أيون معدني عن طريق إجراء تخفيفين متتاليين بماء DI. تخلط بشكل شامل بعد كل تخفيف.
  4. تسييل حل مخزون NTA سعة 12.5 ملليمتر. قم بإنشاء تركيز نهائي قدره 0.125 mM NTA عن طريق إجراء تخفيفين متتاليين باستخدام ماء DI. تخلط بشكل شامل بعد كل تخفيف.
  5. لعمل عينة 2 مل من المجمع الثلاثي ، أضف 800 ميكرولتر من محلول NTA 0.125 mM و 400 ميكرولتر من محلول أيون معدني 0.125 إلى أنبوب طرد مركزي دقيق 2 مل ، واخلطه جيدا مع 20 انقلابا على الأقل. أضف 400 ميكرولتر من محلول خلات الأمونيوم (الرقم الهيدروجيني 7.7) و 400 ميكرولتر من محلول amb 0.125 mM ، واخلطه جيدا مع 20 انعكاسا على الأقل ، واسمح للعينة بالتوازن لمدة 10 دقائق في درجة حرارة الغرفة.
  6. قم بتحميل العينة سعة 2 مل في حقنة أنف حادة سعة 2.5 مل وحقن العينة في ES للأداة باستخدام مضخة حقنة الجهاز عند تدفق 10 ميكرولتر/دقيقة.
  7. ضع الأداة في وضع IM-MS السلبي. استخدم ظروف التشغيل النموذجية للأداة27 لهذه التجارب على النحو التالي.
    1. حقن العينة بمعدل تدفق 10 ميكرولتر/دقيقة في الشعيرات الدموية ES المحتفظ بها عند -2 كيلو فولت بمعدل تدفق ذوبان للنيتروجين يبلغ 500 لتر/ساعة. اضبط درجة حرارة مصدر ES والذوبان على 130 درجة مئوية و 263 درجة مئوية على التوالي. اضبط مخاريط أخذ العينات والاستخراج على 25 فولت و 3 فولت ، على التوالي.
    2. بالنسبة لتجارب CID ، استخدم محلل الكتلة الرباعية لتحديد النمط النظيري للمركب الثلاثي [amb + M (II) + NTA] باستخدام m / z من ذروة النظير الأحادي مع إعدادات الدقة للكتلة المنخفضة = 4.5 والكتلة العالية = 16.5.
      ملاحظة: يتم تمرير أيونات [amb+M(II)+NTA] على أدلة أيون الموجات المتحركة الثلاثة المتسلسلة (T-wave).
    3. تأكد من أن موجة T المصيدة لديها تدفق غاز الأرجون من 3 مل / دقيقة وضغط 2.83 × 10-2 مللي بار. اضبط طاقة التصادم (CE) على المصيدة عند 5 فولت لتجنب أي تفكك للمجمع الثلاثي. دع المصيدة تجمع الأيونات المعقدة الثلاثية قبل إطلاقها (200 ميكروثانية وقت الإفراج) في دليل أيون الموجة T للتنقل الأيوني (IM) باستخدام تحيز DC للفخ يبلغ 14 فولت ، مما يحافظ على تفكك المجمع عند مدخل IM إلى الحد الأدنى.
    4. تأكد من أن دليل أيون IM لديه ضغط 0.507 مللي بار باستخدام معدل تدفق 20 مل / دقيقة من الغاز العازل N2 فائق النقاء. قم بتسلق موجات T في المراسلة الفورية بارتفاعات من 7 فولت إلى 30 فولت وبسرعات تتراوح من 290 م/ث إلى 801 م/ث لكل عملية بداية ونهاية لدليل أيون المراسلة الفورية.
    5. اضبط تدفق الأرجون وضغط موجة النقل T بنفس تدفق موجة T الفخ. تم استخدام موجة النقل T للتفكك الناجم عن الاصطدام للمجمع الثلاثي [amb + M (II) + NTA] باستخدام CE للنقل.
  8. حدد نمط النظير m/z لمجمع الشحنة السالبة [amb+M(II)+NTA] باستخدام رباعي الإرسال في وضع الحل.
    1. تحديد نمط النظائر m/z عن طريق فتح برنامج قياس الطيف الكتلي واختيار الطيف. حدد أدوات > نموذج النظائر. في النافذة المنبثقة ، قم بإدراج الصيغة الجزيئية للمجمع ، وحدد المربع الخاص بإظهار الأيون المشحون ، وأدخل 1 لشحنة سالب واحد وانقر فوق موافق.
    2. في نمط النظائر المعروضة للمجمع ، لاحظ أدنى ذروة كتلة. في برنامج الأداة، حدد إعداد > ملف تعريف رباعي. في النافذة التي تفتح، حدد ثابت يدوي وأدخل كتلة أدنى ذروة نمط نظائري. انقر فوق تحديث ثم إغلاق.
    3. حدد إعداد مرة أخرى ، ثم انقر فوق حل رباعية. اجمع أطياف الأيون السالب ES-IM-MS بشكل تدريجي عبر مجموعة من طاقات تصادم النقل باستخدام مدة تشغيل مدتها 5 دقائق ووقت مسح 2 ثانية.
      ملاحظة: يمكن اختبار طاقات النقل الأولية من 26-60 فولت على فترات 2 فولت. يجب أن يظهر النطاق النهائي لطاقات تصادم النقل التي تم فحصها عدم تفكك المجمع الثلاثي عند أقل طاقة وتفكك كامل في المنتجات بأعلى طاقة. للحصول على تحليل إحصائي عالي الجودة ، يجب إجراء تحليل ES-IM-MS هذا لكل مجمع ثلاثي AMB على الأقل 3x من قبل أشخاص مختلفين وفي أيام مختلفة لتحديد الوسائل والانحرافات المعيارية.

4. تحليل المقطع العرضي للتصادم ES-IM-MS (CCS)

  1. قم بتنظيف أنابيب مدخل ES والشعيرات الدموية المعدنية باستخدام 500 ميكرولتر من حمض الخليك الجليدي 0.1 M ، يليه 500 ميكرولتر من 0.1 M هيدروكسيد الأمونيوم ، وأخيرا 500 ميكرولتر من محلول خلات الأمونيوم 7.7 درجة الحموضة.
  2. تسييل محلول مخزون PA البالغ 1000 جزء في المليون إلى درجة حرارة الغرفة والقيام بتخفيفين تسلسليين ؛ قم بالتخفيف إلى 100 جزء في المليون PA بماء DI ، ثم قم بتخفيفه إلى محلول PA 10 جزء في المليون عن طريق التخفيف بنسبة 1: 1 من ماء DI والأسيتونيتريل من الدرجة HPLC.
  3. اجمع أطياف IM-MS الأيونية السالبة لعينة PA البالغة 10 أجزاء في المليون لمدة 10 دقائق باستخدام ظروف التشغيل المفيدة.
    ملاحظة: كان معدل تدفق الحقن وظروف مصدر ES هي نفسها بالنسبة لتجارب CID (الخطوة 3). بالنسبة لقياسات CCS ، كان محلل الكتلة الرباعي في وضع عدم الحل ومرر جميع الأيونات على أدلة أيون الموجة T الثلاثة المتتابعة. كان تشغيل أدلة أيون الموجة T و IM T-wave هو نفسه بالنسبة لتجارب CID. كانت طاقة التصادم لخلية نقل الموجة T عند 4 فولت للسماح للأيونات بالمرور دون انفصال.
  4. قم بإعداد كل من المجمعات الثلاثية كما هو موضح في الخطوات 3.2.-3.6.
  5. اجمع أطياف IM-MS لكل مجمع ثلاثي لمدة 5 دقائق.
    ملاحظة: استخدم نفس الشروط الأساسية كما في الخطوة 4.3.
  6. اجمع أطياف IM-MS الأيونية السالبة لعينة PA البالغة 10 أجزاء في المليون لمدة 10 دقائق.
    ملاحظة: يستخدم متوسط أوقات وصول معايرات PA التي تم جمعها قبل وبعد المجمعات الثلاثية amb في تحديد CCS.

5. تحليل بيانات ES-IM-MS CID

  1. تحديد الأنواع من خلال مطابقة أنماط نظائر m/z النظرية للمجمع الثلاثي ومنتجاته مع أطياف IM-MS التجريبية.
    1. افتح برنامج قياس الطيف الكتلي وحدد Chromatogram لفتح نافذة جديدة.
    2. في نافذة Chromatogram ، انقر فوق ملف > فتح للعثور على ملف بيانات IM-MS المطلوب وفتحه.
    3. انقر بزر الماوس الأيمن، واسحب عبر الكروماتوجرام، ثم حرر. سيتم عرض طيف MS في نافذة طيف منفصلة.
    4. في النافذة الجديدة التي تعرض الأطياف، حدد أدوات > نموذج النظائر. ستظهر نافذة صغيرة. أدخل الصيغة الجزيئية لأنواع amb ، وحدد المربع إظهار الأيون المشحون ، وأدخل حالة الشحن المطلوبة. انقر فوق موافق.
    5. لتمييز جميع الأنواع في طيف IM-MS ، كرر هذه العملية في نافذة الطيف وسجل نطاق نظائرها m/z .
  2. بالنسبة لمركب amb الثلاثي ومنتجاته ، استخدم نطاق نظائر m/z الخاصة به لتحديد هويتها واستخراج توزيعات وقت وصولها (ATD).
    1. افتح برنامج فصل التنقل الأيوني وحدد ملف > فتح للعثور على ملف البيانات وفتحه.
    2. انقر بزر الماوس الأيمن واسحب باستخدام الماوس لتكبير نطاق نظائر m/z للمجمع الثلاثي [amb+M(II)+NTA]-.
    3. باستخدام أداة التحديد ، انقر بزر الماوس الأيسر واسحب لتحديد نطاق النظائر المحدد ل [amb+M(II)+NTA]- كما هو محدد في الخطوة 5.1. انقر فوق الزر قبول التحديد الحالي .
    4. للقضاء على أي نوع m/z مصادفة أو إشارة خلفية، استخدم أداة الاختيار لاختيار ATD المرتبط بالمجمع الثلاثي. انقر فوق الزر قبول التحديد الحالي .
    5. لتصدير ملف ATD إلى برنامج قياس الطيف الكتلي، انتقل إلى تصدير > الملفات، ثم انقر فوق الاحتفاظ بوقت الانجراف. أعد تسمية الملف إذا رغبت في ذلك واحفظ الملف في المجلد المناسب.
  3. تحديد الكثافة النسبية للأنواع من خلال دمج المنطقة تحت منحنى ATD المستخرج.
    1. في نافذة Chromatogram ، افتح الملف المصدر المحفوظ من برنامج فصل التنقل الأيوني. حدد عملية ثم دمج. استخدم إعداد سعة من الذروة إلى الذروة من 20 وانقر فوق موافق.
    2. سجل المنطقة المدمجة كما هو موضح في نافذة Chromatogram . كرر الخطوات 5.2.2.-5.2.5. بالنسبة للمنتجين ، وهما [NTA + M (II)] - و [amb + M (II)]-.
    3. كرر الخطوات 5.2.1.-5.3.2. لكل نقل طاقة تصادم مسجلة.
  4. استخدام مناطق ATD المتكاملة للمجمع الثلاثي [amb + M (II) + NTA] - ومنتجين [NTA + M (II)] - و [amb + M (II)] - في كل نقطة طاقة تصادم نقل لتطبيعها إلى مقياس نسبة مئوية نسبية.
    1. قم بإنشاء جدول بيانات عن طريق إدخال هويات المجمع الثلاثي ومنتجاته و ATD المدمجة الخاصة بهم في كل طاقة تصادم.
    2. لكل طاقة تصادم، استخدم جمع ATDs المدمجة ل [amb+M(II)+NTA]-و[NTA+M(II)]-و[amb+M(II)]- لتطبيع أجهزة ATD الفردية الخاصة بها إلى مقياس نسبة مئوية نسبي.
    3. من قياسات TCID المتماثلة، أوجد المتوسط والانحرافات المعيارية لكل نقطة بيانات. قم بتحويل طاقة تصادم نقل إطار المختبر (E lab) إلى طاقة تصادم مركز الكتلة (E cm) باستخدام متوسط كتل غاز تصادم الأرجون (m Ar) والمجمع الثلاثي (m complex): E cm = Elab (m Ar)/(m Ar + mcomplex).
      ملاحظة: يمثل Ecm الطاقة القصوى الناتجة عن الاصطدام بغاز الأرجون، المتاح لتفكك المجمع الثلاثي.
    4. ارسم المتوسط والانحراف المعياري للكثافة المئوية الفردية ل [amb+M(II)+NTA]-و[NTA+M(II)]-، و[amb+M(II)]- في رسم بياني للكثافة النسبية (٪) مقابل طاقة تصادم مركز الكتلة (eV) لإظهار كيفية تغير الكثافة النسبية للأنواع كدالة لطاقة التصادم.

6. تحليل متوسط أوقات الوصول لتحديد المقاطع العرضية للتصادم (CCS)

  1. افتح برنامج فصل التنقل الأيوني والملف الذي يحتوي على طيف IM-MS لعينة PA البالغة 10 جزء في المليون التي تم جمعها مع طاقة تصادم النقل المحددة عند 4 V. استخراج ATD لكل نوع من أنواع PA سالبة الشحنة وتصدير الملفات إلى برنامج قياس الطيف الكتلي باستخدام الخيار الاحتفاظ بوقت الانجراف (انظر الخطوة 5.2.5). كرر ذلك لملف معايرة PA الثاني.
  2. افتح برنامج فصل التنقل الأيوني. استخدم ملف > فتح لفتح أحد الملفات التي تحتوي على أطياف IM-MS للمجمعات الثلاثية amb المسجلة بين معايرات PA. استخراج ATD لكل مجمع من المجمعات الثلاثية وتصدير ملفاتها إلى برنامج قياس الطيف الكتلي باستخدام خيار الاحتفاظ بوقت الانجراف (انظر الخطوة 5.2.5).
  3. استخدم طريقة معايرة المقطع العرضي28 لحساب CCS للمجمع الثلاثي ومنتجاته.
    1. في جدول بيانات، احسب CCS المصحح (Ω c) لكل نوع من أنواع PA سالبة الشحنة من CCS (Ω)29,30 المقاسة بغاز الهيليوم العازل31 باستخدام المعادلة 1، حيث z = شحنة المجمع الثلاثي، ec = 1.602 × 10−19 C؛ m N2 = كتلة النيتروجين (u)، وأيون m = كتلة المركب الثلاثي28.
       Equation 1(1)
    2. أوجد أوقات الانجراف (tD) لمعايرات PA والمجمعات الثلاثية أولا من خلال الحصول أولا على متوسط أوقات الوصول (tA) من الحد الأقصى لمنحنيات ATD المقابلة ثم تطبيق المعادلة 2 ، حيث c = معامل تأخير الكاشف (1.41 مللي ثانية ؛ أداة التحقق لأن هذا يمكن أن يختلف بين الأدوات) و m / z = نسبة الكتلة إلى الشحنة لمعايرة PA أو المركب الثلاثي amb.
      t D  = tAEquation 2 (2) 
    3. قم بإنشاء رسم بياني عن طريق رسم tD الخاص بمعايرات PA مقابل Ωc. ثم، باستخدام المعادلة 3، قم بملاءمة البيانات مع انحدار المربعات الصغرى لإيجاد الثوابت A' و B، حيث يصحح A' المجال الكهربائي ودرجة الحرارة والضغط في الأداة ويصحح B السلوك غير الخطي لجهاز المراسلة الفورية للموجة T.
      Ωج = أ ' تدب (3)
    4. باستخدام الثوابت A و B وقيمة tD للمجمعات الثلاثية amb ، احسب Ωc باستخدام المعادلة 3 و Ω باستخدام المعادلة 1. تحتوي قيم CCS المقدرة بهذه الطريقة على أخطاء مطلقة تبلغ حوالي 2٪ 29.

7. الطرق الحسابية

  1. استخدم طريقة PM632 شبه التجريبية المطبقة في النمذجة الهيكلية والبرامج الحسابية33 لتحديد موقع المطابقات المحسنة هندسيا للمجمعات الثلاثية [amb + M (II) + NTA] وأزواج المنتجات الأيونية والمحايدة: [amb + M (II)] - + NTA و [NTA + M (II)] - + amb التي لوحظت من تجارب CID. ارجع إلى استخدام متخيل الحساب في الملف التكميلي للحصول على تفاصيل حول كيفية تطوير العمليات الحسابية وإرسالها.
    ملاحظة: بالنسبة للأنظمة الحالية ، قامت طريقة PM6 بإعادة إنتاج البيانات التجريبية بشكل صحيح ، ولكن بشكل عام ، يمكن استخدام أي طريقة كيمياء كمية موثوقة وقابلة للتنفيذ حسابيا.
  2. قم بتشغيل تحسينات هندسية وحسابات تردد على هياكل بدء مختلفة متعددة لاستكشاف تشكيلات مختلفة وحالات بروتونات ومواقع ربط محتملة. سجل الطاقات الإلكترونية + نقطة الصفر لكل نقطة من النقاط الثابتة الموجودة لكل من المجمعات الثلاثية ومنتجاتها.
    ملاحظة: يجب أن تبحث هياكل البدء للتحسينات الهندسية في مجموعات مختلفة ممكنة من مواقع الربط والترتيبات المطابقة. استندت هياكل البدء إلى B3LYP34 الموجود سابقا [amb + M (II)] - المطابقات3،4،6. بالنسبة ل [amb + M (II) + NTA] - ، تم وضع NTA للتنافس مع المواقع البديلة ل amb في Aa1-Aa 2-Aa 6-Aa 7 ومحطة الكربوكسيلات لحالة الدوران المفردة ل Zn (II) أو حالة الدوران الثلاثي ل Ni (II).
  3. استخدم برنامجا يمكنه إجراء قياسات دقيقة للمقطع العرضي للتصادم كما تم قياسها في غاز الهيليوم العازل (CCSHe) باستخدام الإحداثيات الذرية من هذه الحسابات الكيميائية الكمومية35.
    ملاحظة: البرامج التي تم تطويرها لحساب CCS الدقيق من هياكل الببتيد الموجودة بواسطة الحسابات الكيميائية الكمومية تشمل MobCal 36 و HPCCS37,38.
  4. اختر أقل مصلح للطاقة يعرض Lennard-Jones CCSهو الذي يتفق مع CCS الذي تم قياسه بواسطة IM-MSلاختيار هياكل المجمعات الثلاثية ومنتجات التفكك لتضمينها في نمذجة CRUNCH أدناه.

8. نمذجة CRUNCH

  1. إنشاء ملف نصي بالتنسيق الموضح في قسم المناقشة ("تنسيق ملف نص إدخال CRUNCH").
    ملاحظة: يتضمن الملف الأعمدة التالية: (−1) طاقة تصادم مركز الكتلة (Ecm)، (1) متوسط الشدة النسبية للمنتج [amb+M(II)]، (2) الانحراف المعياري لشدة [amb+M(II)]، (3) متوسط الشدة النسبية لناتج [NTA+M(II)]، و(4) الانحراف المعياري لشدة [NTA+M(II)].
  2. نموذج Eسم-الشدة المعتمدة لقناتي التفاعل [amb + M (II) + NTA]-إلى [amb+M(II)]- + NTA و [amb + M (II) + NTA]- إلى [NTA+M(II)]- + amb باستخدام تقنية TCID في برنامج CRUNCH.
    ملاحظة: استخدم الترددات الاهتزازية والدورانية PM6 للمجمع الثلاثي وقناتي المنتج الأيونية والمحايدة. استخدم متوسط كتل المجمع الثلاثي وغاز تصادم الأرجون والمنتجات الأيونية والمحايدة. استخدام قيم من حسابات PM6 أو قاعدة بيانات NIST لاستقطاب (Å3) ولحظات ثنائي القطب (Debye) للمنتجات المحايدة.
    1. من القائمة الرئيسية CRUNCH، افتح الملف النصي (. GB5) التي تحتوي على الكثافات النسبية المعتمدة على Ecm للمنتجات. الرد لا لقراءة المعلمات.
    2. من القائمة الرئيسية CRUNCH، حدد النمذجة > تعيين جميع المعلمات. من خيارات نموذج التفاعل، اختر خيار Threshold CID الافتراضي متبوعا ب RRKM مع التكامل عبر توزيع نقل الطاقة للمجمع الثلاثي20، وأدخل 2 لقنوات المنتج المستقلة التي تم نمذجتها، وحدد حساب المقاطع العرضية. أدخل لا هل أي قناتين من قنوات المنتج لهما نفس الكتلة الأيونية؟
    3. بالنسبة إلى قناة المنتج رقم 1، أدخل العمود [1] للبيانات التجريبية للمنتج [amb+M(II)]، والعمود [2] للانحرافات المعيارية لمنتج [amb+M(II)]، والعمود [5] للمقطع العرضي للنموذج غير المعقد، والعمود [6] للمقطع العرضي للنموذج المعقد. أدخل 0 لبقايا الملائمة.
      ملاحظة: تتوافق أرقام الأعمدة هذه مع الأعمدة الموجودة في ملف الإدخال في الخطوة 8.1. كما هو موضح في المناقشة ("تنسيق ملف نص إدخال CRUNCH").
    4. بالنسبة إلى قناة المنتج رقم 2، أدخل العمود [3] للبيانات التجريبية للمنتج [NTA+M(II)]، والعمود [4] للانحرافات المعيارية للمنتج [NTA+M(II)]، والعمود [7] للمقطع العرضي للنموذج غير المعقد، والعمود [8] للمقطع العرضي للنموذج المعقد. أدخل 0 لبقايا الملائمة.
    5. بالنسبة لنوع النموذج غير المعقد ، اختر المقطع العرضي 0 K (بما في ذلك التحول الحركي) ، والذي يتضمن تصحيح RRKM الإحصائي للتحولات الحركية بسبب النافذة الزمنية 50 μs من خلية التصادم إلى كاشف TOF18.
    6. بالنسبة لخيارات الالتفاف ، اختر التكامل المزدوج ل Tiernan ، والذي يتضمن الالتفاف على توزيعات الطاقة الانتقالية بين أيون المركب الثلاثي وغاز تصادم الأرجون21.
    7. بالنسبة لطريقة التكامل العددي ، اختر التربيع الغاوسي مع المقاطع العرضية المحفوظة مسبقا ، متبوعا بعدد نقاط التكامل = 32 ، وعدد الانحرافات المعيارية = 3.0 ، وعدد الانحرافات المعيارية للتكامل الثاني = 3.0.
    8. تتم قراءة كتلة الأيون المركب الثلاثي (u) تلقائيا من . ملف نصي GB5 ، متبوعا بكتلة غاز التصادم (39.948 للأرجون) ؛ استخدم الإعدادات الافتراضية 0.20 eV ل FWHM للحزمة الأيونية و 298.15 K لدرجة حرارة الغاز. يقرأ البرنامج تلقائيا في الحد الأدنى والحد الأقصى لطاقات تصادم مركز الكتلة من . ملف نصي GB5 ؛ استخدم القيمة الافتراضية للحد الأدنى لزيادة الطاقة.
    9. استخدم القيمة الافتراضية لعامل القياس Sig0 ولا للسماح بقياس قنوات المنتج الفردية والقيم الافتراضية ل N وM. بالنسبة لطريقة حساب g(i) ، اختر التكامل على كثافة ro-vibrational للحالات ، والتي تتضمن توزيع الطاقة الداخلي20 للمجمع الثلاثي [amb + M (II) + NTA]-.
    10. من خيارات إدخال المعلمات الجزيئية ، أدخل G لقراءة ملف النمذجة الهيكلية33 مع الترددات الاهتزازية والدورانية PM6 للمجمع الثلاثي. الإجابة نعم على السؤال هل أحد المواد المتفاعلة ذري؟ اكتب موقع واسم ملف النمذجة.
      ملاحظة: تتضمن الخيارات الأخرى لإدخال الترددات الاهتزازية والدورانية ملف معلمة القراءة ، والذي سيقرأ في المعلمات من ملف نصي ، أو تحرير / إدخال الثوابت ، مما يسمح بالإدخال اليدوي لكل معلمة.
    11. قم بقياس الترددات باستخدام عامل قياس PM6 الموصى به من NIST (1.062). لمزيد من التفاصيل حول القياس، راجع المناقشة ("عوامل التحجيم للترددات الاهتزازية"). يتم قراءة عدد الذرات في المجمع الثلاثي من الملف. الرد لا على هل الجزيء خطي؟ أدخل وصف المواد المتفاعلة (على سبيل المثال، H+Zn+NTA- + Ar).
    12. أدخل 1 للشحنة على الأيون و 1.664 لقابلية استقطاب غاز الأرجون39. كتلة الأيون وكتلة الهدف هي للمجمع الثلاثي والأرجون ، على التوالي ، ويتم قراءتها تلقائيا من . ملف نصي GB5. أدخل 0 للاهتزازات التوافقية.
      ملاحظة: الخيارات التالية هي لاختيار عوامل قياس مختلفة للترددات الاهتزازية العالية أو المنخفضة. أدخل 1.062 للترددات العالية و 0.0 للترددات المنخفضة (انظر المناقشة: عوامل القياس للترددات الاهتزازية). يتم عرض الترددات المقاسة. اختر 0 لتحديد بدون تغيير.
    13. اضغط على Enter لقراءة الثوابت الدورانية 1-D و 2-D من ملف النمذجة الهيكلية33 الذي تم إدخاله في الخطوة 8.2.10. حدد القيم الافتراضية 0 لمعالجات الدوار المعيقة و 1 لتماثل الجزيئات.
      ملاحظة: يعرض البرنامج البيانات المدخلة; اضغط على Enter لعدم وجود تغييرات.
    14. اختر 300 K الافتراضي لدرجة حرارة المادة المتفاعلة. حدد التكامل لطريقة تقليل كثافة صفيف الحالات. حدد نعم لاقتطاع توزيع الطاقة. أدخل 40000 سم−1 للحصول على الطاقة القصوى للتوزيع، و2.0 سم−1 لحجم الصندوق، و32 لعدد النقاط في توزيع الطاقة.
      ملاحظة: اضغط على Enter 2x وتحقق من أن الصفيف 32-pt المقطوع يحتوي على مجموعة >0.9. إذا >0.9، فأدخل لا لتغيير الصناديق أو عامل التكثيف. إذا <0.9، فأدخل نعم وقم بتغيير الحد الأقصى للطاقة للتوزيع و/أو حجم الصندوق.
    15. بالنسبة لمعلمات طراز TCID/RRKM، اختر نعم للتغيير، وأدخل 0 للوقت الثابت، و0.000050 ثانية للحد الأعلى لنافذة الكشف. بالنسبة للأداة المستخدمة، هذا هو الوقت الذي تستغرقه الأيونات للانتقال من خلية تصادم النقل إلى كاشف TOF ويتم حسابه باستخدام المعادلة 2.
    16. بالنسبة للجزيء المنشط، أدخل C لنسخ القيم من المواد المتفاعلة التي تم إدخالها بالفعل. أدخل −1 لحالة انتقال المصدر (TS)، و0 للوجهة TS، وP للمتابعة.
    17. بالنسبة لقناة المنتج 1، حدد 1 لحالة انتقال واحدة من خيارات قناة التفكك و 0 ل لا شيء للانفصال التسلسلي. بالنسبة لنوع الحالة الانتقالية، اختر 1 للدوران.
    18. حدد G لقراءة ملفات برنامج النمذجة التي تحتوي على معلمات الدوران والاهتزاز PM6 لمنتجات [amb+M(II)]- + NTA. أدخل لا ل هو واحد من أنواع PSL TS الذرية؟ أدخل موقع واسم الملف [ amb+M(II)]. استخدم 1.062 لترددات المقياس ، واضغط على Enter لعدد الذرات ، وأدخل لا ل هل الجزيء خطي؟
    19. أدخل موقع واسم ملف النمذجة الذي يحتوي على الترددات الاهتزازية والدورانية لمنتج NTA. استخدم 1.062 لترددات المقياس ، واضغط على Enter لعدد الذرات ، وأدخل لا ل هل الجزيء خطي؟ أدخل وصف TS، على سبيل المثال، H+Zn-... NTA.
    20. أدخل 1 لشحنة [amb+M(II)]-ion، وأدخل قابلية الاستقطاب (16.12 Å3) وعزم ثنائي القطب (4.6183 Debye) ل NTA. حدد 0 K لدرجة الحرارة الدورانية وثنائي القطب المقفل لمعالجة الحالة الانتقالية المدارية. أدخل متوسط الكتل (u) لأيون [amb+M(II)]- وNTA.
    21. أدخل 0 للاهتزازات التوافقية. أدخل 1.062 للترددات العالية و 0.0 للترددات المنخفضة. انظر قسم المناقشة للحصول على مزيد من التفاصيل حول ترددات القياس؛ يتم عرض الترددات المقاسة. اختر 0 لتحديد بدون تغيير. اضغط على Enter لقراءة الثوابت الدورانية 1-D و 2-D من ملفات النمذجة. حدد 0 للدوارات المعيقة ، و 1 لتماثل الجزيء ، و 1 لانحطاط التفاعل. أدخل الخيار بدون تغييرات.
    22. بالنسبة لقناة المنتج 2، حدد 1 لحالة الانتقال المفردة، و0 لللا شيء للتفكك التسلسلي، و1 للدوران حول نوع الحالة الانتقالية.
    23. حدد G للقراءة في ملفات النمذجة التي تحتوي على معلمات الدوران والاهتزاز PM6 لمنتجات [NTA+M(II)] وamb. أدخل لا ل هو واحد من أنواع PSL TS الذرية؟ اكتب موقع واسم ملف النمذجة [ NTA+M(II)].
    24. استخدم 1.062 لترددات المقياس ، واضغط على Enter لقراءة عدد الذرات ، وأدخل N ل هل الجزيء خطي؟ اكتب موقع واسم ملف نمذجة amb. استخدم 1.062 لترددات المقياس ، واضغط على Enter لعدد الذرات ، وأدخل N ل هل الجزيء خطي؟
    25. أدخل وصف TS المداري (على سبيل المثال، NTA+Zn-... H). أدخل 1.0 لشحنة [NTA+M(II)]- أيون، وأدخل قابلية الاستقطاب (Å3) وعزم ثنائي القطب (Debye) ل amb. حدد 0.0 K لدرجة الحرارة الدورانية وثنائي القطب المقفل لمعالجة الحالة الانتقالية المدارية. أدخل متوسط الكتل (u) لمنتجات [NTA+M(II)]- وAMB.
      ملاحظة: يحتوي ملف الإخراج على قابلية الاستقطاب ولحظات ثنائي القطب ل amb. تكون قابلية الاستقطاب في وحدات Bohr 3 ويجب تحويلها إلى وحدات Å3.
    26. أدخل 0 للاهتزازات التوافقية. أدخل 1.062 للترددات العالية و 0 للترددات المنخفضة. راجع المناقشة للحصول على مزيد من التفاصيل حول ترددات القياس. يتم عرض الترددات المقاسة. اختر 0 لتحديد بدون تغيير. اضغط على Enter لقراءة الثوابت الدورانية 1-D و 2-D من ملفات النمذجة. حدد 0 للدوارات المعيقة ، و 1 لتماثل الجزيء ، و 1 لانحطاط التفاعل. أدخل بدون تغييرات.
    27. للتعامل مع دورات 2-D غير النشطة، حدد الخيارات الافتراضية توزيع الزخم الزاوي الإحصائي ودمج P(E,J) على توزيع J. استخدم القيمة الافتراضية 32 في عدد النقاط في التكامل.
      ملاحظة: تختار هذه التحديدات طريقة التكامل على إجمالي مستويات الزخم الزاوي J16,17. يسمح الإخراج الناتج للمحقق بالتحقق من صحة جميع المدخلات.
    28. حدد طاقات التنشيط بالنسبة لخيار الجزيء المنشط وأدخل الطاقة النسبية (eV) لقناة المنتج 1 القريبة من طاقة العتبة المرصودة في الرسم البياني للشدة النسبية مقابل طاقة تصادم مركز الكتلة للناتج [amb+M(II)] (الشكل 4).
    29. بالنسبة لقناة المنتج 2، أدخل الطاقة النسبية (eV) القريبة من طاقة العتبة المرصودة في الرسم البياني لشدة طاقة التصادم مقابل طاقة تصادم مركز الكتلة للمنتج [ NTA+M(II)]. لحساب عدد الحالات لكل قناة منتج، استخدم حاوية بحجم 2.0. اضغط على Enter ثم لا للمتابعة.
    30. من قائمة النموذج ، حدد تحسين المعلمات لتناسب البيانات، وأدخل الحد الأدنى للطاقة والحد الأقصى للطاقة لبدء وإنهاء ملاءمة البيانات، على التوالي.
      ملاحظة: استخدم نطاق طاقة صغير يتضمن عتبات كلتا القناتين. لمزيد من التفاصيل، راجع المناقشة: نطاق الطاقة لملاءمة نموذج TCID المحدد مع البيانات التجريبية.
    31. حدد -1 لأوضاع الترجيح الانحرافات المعيارية التجريبية. استنادا إلى البيانات، حدد الحد الأدنى المقبول للانحراف من 0.01 إلى 0.001 عادة. حدد لا للقياس المحسن للقنوات الفردية و 0 لعدد التكرارات.
      ملاحظة: بديل لاستخدام الانحرافات المعيارية هو الخيار الإحصائي .
    32. استخدم القيمة الافتراضية لحد التقارب E0 وحدد لا للاحتفاظ بأي معلمة بالقيمة الحالية. أدخل 0.5 و 2.0 eV للحدود الدنيا والعليا لتجنب فشل التحسين وحدد الفرق المحدود المركزي لطريقة تقييم المشتقات. استخدم القيمة الافتراضية للدقة العددية وحدد لا لتغيير أحجام الخطوات المشتقة.
      ملاحظة: طريقة بديلة هي تحديد نعم للاحتفاظ بأي معلمة بالقيمة الحالية. يتم وصف هذه الطريقة بمزيد من التفصيل في المناقشة: تحسين المعلمات.
    33. من قائمة التحسين ، حدد بدء التحسين. سيقوم برنامج CRUNCH بتحسين نموذج TCID المحدد إلى البيانات التجريبية.
      ملاحظة: إذا لم يجد التحسين ملاءمة مرضية، من قائمة التغييرات ، فحاول تغيير نطاق الطاقة لتغطية الكثافات القليلة الأولى فقط التي ترتفع عن العتبات. عندما يتم تحديد موقع مناسب معقول ، قم بزيادة نطاق الطاقة وتناسبه مرة أخرى. تتضمن الخيارات الأخرى التي يمكن أن تساعد في العثور على ملاءمة للبيانات اختيار الاحتفاظ بأي معلمة بالقيمة الحالية في المعلمات المحسنة وتغيير خيارات الترجيح في الأوزان. راجع المناقشة لمعرفة هذه الخيارات.
    34. عندما يتم العثور على نموذج مناسب للبيانات، اضغط على Enter حتى تظهر قائمة النموذج . إذا كان جزء فقط من نطاق طاقة البيانات التجريبية مزودا بنموذج TCID ، فحدد نموذج الحساب والالتفاف لتوسيع النموذج المناسب لجميع طاقات التصادم التجريبية.
    35. في قائمة الطراز ، حدد دلتا H وS في T.
      ملاحظة: يربط نموذج CRUNCH غير المعقد طاقات عتبة 0K بالمحتوى الحراري 0 K (ΔH0) لتفكك المجمع الثلاثي إلى قناتي المنتج المستقلتين (الجدول 2). كما يتم اشتقاق الطاقات الحرارية والاهتزازية 298 K (ΔH298) وطاقات Gibbs الحرة (ΔG298) للتفكك مع التصحيحات الحرارية والانتروبية الإحصائية للميكانيكا باستخدام الترددات الدورانية والاهتزازية PM6 المتفاعلة والمنتجات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويبين الشكل 3 التفكك التنافسي الناجم عن التصادم للمجمعات الثلاثية [amb+M(II)+NTA] إلى [amb+M(II)]- + NTA أو [NTA+M(II)]- + amb. يظهر amb إما A أو H و M = Zn أو Ni. يظهر المركب الثلاثي [A+Zn(II)+NTA] (الشكل 3A) عتبات واضحة تبلغ حوالي 0.7 eV طاقة تصادم (CE) لإنتاج [A+Zn(II)]- وحوالي 0.9 eV لإنتاج [NTA+Zn(II)]-. يظهر تفكك مركب [A + Ni (II) + NTA] (الشكل 3B) عتبات مماثلة (~ 1.1 eV) لكل من منتجات [NTA + Ni (II)] و [A + Ni (II)] ، مع [NTA + Ni (II)] - تزداد إلى 90٪ من الكثافة النسبية ، في حين أن كثافة [A + Ni (II)] - لا ترتفع عن 18٪. بالنسبة للمركب الثلاثي [H + Zn (II) + NTA] (الشكل 3C) ، فإن المنتج الرئيسي هو [H + Zn (II)] - يرتفع من عتبة تبلغ حوالي 0.6 eV إلى حوالي 85٪ من الكثافة النسبية ، وعند الطاقات فوق 1.0 eV ، يرتفع [NTA + Zn (II)] إلى حوالي 30٪. هناك أيضا قناة لفقدان المياه من [H-H2O + Zn (II)]-. بالنسبة ل [H+Ni(II)+NTA]- (الشكل 3D)، يرتفع [H+Ni(II)] من عتبة تبلغ حوالي 0.9 eV إلى حوالي 40٪ من الكثافة النسبية، في حين أن [NTA+Ni(II)]- يرتفع من ~ 1.0 eV إلى حوالي 80٪. المدرجة في الرسوم البيانية هو CE حيث المجمع الثلاثي هو 50 ٪ منفصلة. تتطلب المجمعات الثلاثية Ni(II) 0.31-0.37 eV أعلى CE من نظيراتها المعقدة الثلاثية Zn(II) لتكون منفصلة بنسبة 50٪. هذا يشير إلى أن مجمعات Ni (II) أكثر استقرارا وتتطلب CE أعلى للانفصال ، والتي يتم التحقيق فيها بشكل أكبر باستخدام تقنية TCID.

يوضح الشكل 4 طريقة TCID التنافسية ، والتي تسمح بالتركيب المتزامن لقناتي المنتج المتنافستين.

[amb + M (II) + NTA] → [amb + M (II)] - + NTA (1)

[amb + M (II) + NTA] → [NTA + M (II)] - + amb (2)

يوضح سطح الطاقة المحتملة (PES) المركب الثلاثي المنشط الذي ينفصل إلى قنوات المنتج المنافسة ويظهر الأنواع المحسنة هندسيا PM6 المستخدمة لنمذجة تفكك [ambH + Zn (II) + NTA]-. المدرجة في PES هي كثافة حالات المجمع الثلاثي ومجموع حالات المنتجات. طاقات عتبة 0K ، E 1 و E 2 ، تعادل تغير المحتوى الحراري 0 K للتفاعلات 1 و 2.

يوضح الشكل 5 هياكل المجمعات الثلاثية الثلاثة الأخرى المحسنة هندسيا المستخدمة في هذه الدراسة. تم اختيار هذه الأنواع بناء على طاقاتها الإلكترونية والصفرية المتوقعة واتفاقها مع المقاطع العرضية للتصادم المقاسة ب IM-MS (CCSHe). يوضح الجدول 1 وجود اتفاق بين المجمعات الثلاثية LJ CCSHe و IM-MS CCSHE التجريبية لأنها تتفق ضمن شكوكهما المتبادلة. استندت تكوينات [amb + M (II)] و amb إلى نتائج نمذجة DFT السابقة3،4،5،6. تم استخدام المعلمات الجزيئية لهذه المطابقة PM6 في نمذجة TCID للتفكك المحل للطاقة للمجمعات الثلاثية ، بما في ذلك تردداتها الاهتزازية لحساب كثافتها ومجموع حالاتها.

ويبين الشكل 6 عتبة CRUNCH TCID المعقدة التي تتناسب مع كثافة المنتج الذي تم حله بالطاقة. وتشمل التناسبات المعقدة الطاقة المتاحة وتوزيعات الزخم الزاوي للمتفاعلات [amb+M(II)+NTA]- + Ar. تنبأت النوبات غير المعقدة (غير المعروضة) بتغير 0 K في المحتوى الحراري (Δ H 0) لتفكك المجمع الثلاثي ، ويبين الجدول 2 Δ H 0 و Δ H298 (kJ / mol) للتفاعلات 1 و 2. بالنسبة لتفكك المجمعات الثلاثية Zn(II) ، يعرض كل من A و H Δ H 0 للتفاعل 1 ، وهما 31 kJ / mol و 15 kJ / mol أقل من Δ H 0 للتفاعل 2 ، على التوالي ، مما يشير إلى أن كلا من A و H لهما تقارب Zn (II) أكبر من NTA. يظهر المركب الثلاثي [A+Ni(II)+NTA] ΔH0 = 146 و 148 kJ/mol للتفاعلات 1 و 2 على التوالي، مما يشير إلى أن A و NTA لهما تقاربات مماثلة مع Ni(II). ومع ذلك، فإن تفكك [H+Ni(II)+NTA]- يظهر أن Δ H 0 للتفاعل 1 أقل بمقدار 36 كيلو جول/مول من التفاعل 2، مما يشير إلى أنH له تقارب Ni(II) أكبر من NTA. بشكل عام ، تظهر مجمعات [amb + Ni (II) + NTA] - إنثالبيسات تفكك أعلى من نظيراتها [amb + Zn (II) + NTA] ، باستثناء A التفكك إلى [NTA + Ni (II)]-. يوضح الجدول 3 طاقات جيبس الحرة (ΔG298) للارتباط وثوابت التكوين (K) للتفاعلات العكسية:

[amb + M (II)] - + NTA → [amb + M (II) + NTA] - (3)

[NTA+M(II)] - + AMB → [amb + M (II) + NTA] - (4)

يوضح الجدول 3 أن تكوين المجمعات الثلاثية Ni(II) أكثر إكسيرغونية ويظهر ثوابت تكوين أكبر K من مجمعات Zn(II) في جميع الحالات. التفاعل 4 (أي ارتباط علامة amb مع مجمع أيون المعدن NTA) له أهمية خاصة لأنه يمثل البروتين المؤتلف الموسوم ب amb المرتبط بأيون المعدن المثبت بواسطة NTA داخل عمود IMAC. التفاعل 4 لتشكيل [ambA + Ni (II) + NTA] يظهر ΔG298 الأكثر عفوية = 53.1 kJ / mol وأعلى ثابت تكوين ، K = 2.01 × 109.

Figure 1
الشكل 1: نظرة عامة على طريقة ES-IM-MS TCID. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: الهياكل الأولية للببتيدات AMB A و H. يسلط اللون الضوء على مواقع ربط المعادن المحتملة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: التفكك الناجم عن تصادم عتبة [amb+M(II)+NTA]-، وهو مركز الكتلة، الذي تم حله بالطاقة (eV). يظهر الاعتماد على الطاقة لأيونات المنتج [amb+M(II)]- [NTA+M(II)] و [amb-H 2O+Zn(II)]. يتم تضمين طاقة التصادم المركزي للكتلة ، حيث يوجد تفكك بنسبة 50٪ للمجمع الثلاثي [amb + M (II) + NTA] ، على الرسوم البيانية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: نموذج طريقة TCID التي تم حلها بالطاقة. تؤدي التصادمات بين [amb H + Zn (II) + NTA] - + argon إلى الانفصال عن منتجات [amb H + Zn (II)] - + NTA أو [NTA + Zn (II)] - + amb H. تعادل طاقات العتبة E 1 و E2 المحتوى الحراري 0 K للتفكك (Δ H 0) للتفاعلات [amb H + Zn (II) + NTA] - → [amb H + Zn (II)] - + NTA أو [amb H + Zn (II) + NTA] - → [NTA + Zn (II)] - + amb H ، على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: الثلاثي المحسن للهندسة PM6 [amb + M (II) + NTA] - مجمعات A و H. المطابقات المستخدمة في نمذجة TCID للبيانات التجريبية. تم اختيار هؤلاء المطابقين من هياكل مرشحة أخرى من خلال مقارنة طاقاتهم الإلكترونية PM6 وكيف قارنت المقاطع العرضية للتصادم LJ (CCS He) بقياس IM-MS CCSHe. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: تفكك [amb+M(II)+NTA]-، الناجم عن حل الطاقة، الناجم عن التصادم. بالنسبة للنوعين A و H ، يتم عرض أيونات المنتج [amb + M (II)] - و [NTA + M (II)] - مع تناسبات عتبة CRUNCH المعقدة. قيم الطاقة (eV) المعروضة هي المحتوى الحراري للتفكك عند 0 K للتفاعلات [amb + M (II) + NTA] - → [amb + M (II)] - + NTA أو [amb + M (II) + NTA] - → [NTA + M (II)] - + amb. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 7
الشكل 7: تنسيق ملف إدخال النص CRUNCH. يحتوي الملف على متوسط الكثافات النسبية وانحرافاتها المعيارية لأيونات المنتج التي تشكلت كدالة لطاقة تصادم مركز الكتلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

السفير [amb + Zn (II) + NTA] - [amb + Ni (II) + NTA] -
PM6 إكسب.أ PM6 إكسب.أ
A 214±2 214 219±2 218
H 211±5 216 212±3 215
(أ) ES-IM-MSCCS لديها قياسات لديها شكوك ±4 Å2.

الجدول 1: مقارنة المقاطع العرضية لتصادم LJ لمطابقات PM6 ل [amb + M (II) + NTA] -. تتم مقارنة المقاطع العرضية النظرية لمطابقات PM6 مع CCS التجريبي الذيقام بقياسه باستخدام ES-IM-MS.

[amb + Zn (II) + NTA] - → [amb + Ni (II) + NTA] - →
[amb + Zn (II)] - + NTA [NTA+Zn(II)] - + أمب [amb + Ni (II)] - + NTA [NTA+Ni(II)] - + أمب
السفير ΔH0 ΔH298 ΔH0 ΔH298 ΔH0 ΔH298 ΔH0 ΔH298
A 118 127 149 182 146 171 148 154
H 96.4 92.3 111 115 125 140 161 216
 

الجدول 2: النتائج الكيميائية الحرارية من تحليلات TCID. التفاعلات المعتمدة على الطاقة [amb+M(II)+NTA]- → [amb+M(II)]- + NTA أو [amb+M(II)+NTA]- → [NTA+M(II)]- + amb، والتي توضح المحتوى الحراري 0 K للتفكك (Δ H 0) المستمد من ملاءمة نموذج TCID غير المعقد، و298 K من المحتوى الحراري للتفكك (Δ H 298) المشتقة من ΔH0 والتصحيحات الحرارية للميكانيكا الإحصائية باستخدام الترددات الدورانية والاهتزازية PM6. يتم إعطاء القيم بالكيلوجول / مول.

[amb + Zn (II)] - + NTA → [NTA+Zn(II)] - + أمب → [amb + Ni (II)] - + NTA → [NTA+Ni(II)] - + → أمب
[amb + Zn (II) + NTA] - [amb + Zn (II) + NTA] - [amb + Ni (II) + NTA] - [amb + Ni (II) + NTA] -
السفير ΔG298 K ΔG298 K ΔG298 K ΔG298 K
A -34.0 9.05 × 105 -21.8 6.59 × 103 -45.7 1.01 × 108 -53.1 2.01 × 109
H -29.3 1.36 × 105 -30.2 1.95 × 105 -47.0 1.71 × 108 -31.1 2.81 × 105
 

جدول 3: طاقات جيبس الحرة للارتباط (ΔG298) وثوابت تكوين التوازن (K). ΔG 298 و K عند 298 K للتفاعلات العكسية [amb + M (II)] - + NTA → [amb + M (II) + NTA] - و [NTA + M (II)] - + amb → [amb + M (II) + NTA] -. مشتقة من ΔH298 وحسابات الإنتروبيا الميكانيكية الإحصائية باستخدام ترددات PM6 الدورانية والاهتزازية. قيم ΔG298 هي بالكيلوجول/مول.

ملف تكميلي. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

خطوات حاسمة
تحليلات التفكك الناجم عن تصادم عتبة ES-IM-MS (TCID). استخدم TCID خلية نقل الموجة T في وجود الأرجون كخلية تصادم. قبل الانفصال ، يتم تسخين أيونات السلائف حراريا عن طريق الاصطدامات منخفضة الطاقة مع غاز النيتروجين أثناء مرورها عبر خلية حركة الأيونات (IM). ينتج عن ذلك TCID أكثر قابلية للتكرار من خلال الطاقة التي يتم حلها مما يتم تحقيقه باستخدام المصيدة كخلية تصادم 6,40. كما يسمح التفريغ الحراري ل [amb + M (II) + NTA] - قبل التفكك أيضا بتمييز الطاقة الداخلية المتاحة للمجمع الثلاثي باستخدام درجة حرارة 298 K. ويعني التفكك في خلية النقل أيضا أن المركب الثلاثي وأيونات ناتجه لهما نفس متوسط أوقات الوصول إلى الكاشف، وهو ما كان مفيدا لتحديد تفكك المجمع الثلاثي الذي حدث فقط في خلية النقل. المناطق الأخرى التي يمكن أن يحدث فيها الانفصال هي مصدر ES (يتم الاحتفاظ بمخروط أخذ العينات عند 25 فولت لتجنب ذلك) أو عند مدخل خلية IM. أيونات المنتج الناتجة عن تفكك المجمع الثلاثي في هذه المناطق لها أوقات انجراف مختلفة عن تلك المنتجة في خلية النقل لأن أيونات المنتج منفصلة عن المجمع الثلاثي في خلية IM. تم استبعاد أيونات المنتج هذه من التحليل. وفي هذا البروتوكول، لا تستخدم لتحديد شدتها إلا توزيعات وقت الوصول المتكاملة للسلائف وأيونات المنتج التي تشترك في محاذاتها. إعداد تحيز الفخ هو الجهد الذي يتحكم في جهد الحقن في خلية IM ، والذي يساهم في CID عند مدخل خلية IM. تم تعيين تحيز الفخ عند 14 فولت ، مما أبقى على انفصال الخلفية إلى الحد الأدنى مع عدم التأثير بشكل مفرط على الكثافة الإجمالية. حددت دراسة سابقة41 درجة الحرارة الفعالة (الحد الأعلى) لببتيد ديمر من إنكيفالين الليوسين لتكون 449 كلفن عند مدخل خلية IM. ومع ذلك ، انخفضت درجة الحرارة الفعالة بسرعة حيث مرر dimer أسفل خلية IM. أظهرت أوقات وصول مجمعات AMB التي تمت دراستها هنا توزيعات غاوسية ، مما يشير إلى أنها كانت حرارية أثناء مرورها عبر خلية IM.

تحليلات المقاطع العرضية التصادمية ES-IM-MS (CCS). تم العثور على أوقات انجراف CCS تجريبيا نتيجة للتصادم مع النيتروجين. وقد حولت هذه القيم إلى أوقات انجراف احتجاز الكربون وتخزينه المشتقة من الهيليوم باستخدام منحنى معايرة للمعايير المعروفة. هذا أمر ضروري لأن البرامج المستخدمة لقياس CCS من مطابقات PM6 تتطلب معايير الهيليوم الأكثر استخداما.

التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها في هذه التقنية
تنسيق ملف نص الإدخال CRUNCH. يظهر ملف نص الإدخال المناسب لبرنامج CRUNCH في الشكل 7. الرؤوس بالترتيب من أعلى إلى أسفل هي موقع الملف وإصدار CRUNCH. تاريخ; عدد الطاقات عدد سلاسل البيانات باستثناء عمود الطاقات الأولى ؛ الملف المصدري؛ كتلة مجمع السلائف ؛ كتلة الأرجون. درجة حرارة التجربة تاريخ الإنشاء ؛ x-البيانات المعينة على أنها −1 (طاقات التصادم المركزي للكتلة)؛ والعرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) للحزمة الأيونية. يجب تعديل هذه القيم لكل تجربة TCID. يجب تحديد انتشار طاقة FWHM للحزمة الأيونية والطاقة صفر عن طريق تأخير تحليل الجهد (RPA) عن طريق مسح CE من خلال الفولتية المنخفضة ومراقبة التيار الأيوني الكلي. ومع ذلك ، في ظل ظروف تشغيل IM في الدراسة الحالية ، انخفضت إشارة التيار الأيوني فقط بحوالي 50٪ عندما تم تعيين CE للنقل إلى أدنى قيمة. لا يمكن قياس طاقة الحزمة الأيونية صفر و FWHM إلا عند التخلف الإضافي عن طريق خفض عدسة IM المخرجة. في هذه الحالة الأخيرة ، أعطى FWHM لمشتق منحنى RPA انتشارا نموذجيا للطاقة الأيونية يبلغ 1.5 فولت في إطار المختبر أو 0.035 eV في إطار مركز الكتلة13.

يتعلق صف الضغوط بالضغط داخل خلية التصادم ولكنه لا يستخدم هنا. يمكن أن تختلف ضغوط الأرجون في خلية التصادم ويمكن قياس بيانات TCID عند ثلاثة ضغوط لاستقراء ظروف الاصطدام المفردة. ومع ذلك ، تم استخدام ضغط واحد فقط في هذه الدراسة ، وينتج عن الضغط تصادمات متعددة. يعد تطوير المنصة الجديدة لتصادم واحد مجالا للبحث المستمر. ترتبط الكتل بأيونات الناتج التي توجد شدتها في الأعمدة أدناه. يمكن ترك المساكن كافتراضية. الأعمدة الخمسة هي طاقات التصادم المركزي للكتلة (المعينة −1) ؛ متوسط كثافة الأيونات للأنواع ذات الكتلة 898.30 u ؛ الانحرافات المعيارية للكثافة الأيونية للأنواع 898.30 u ؛ متوسط كثافة الأيونات للأنواع ذات الكتلة 253.53 u ؛ والانحرافات المعيارية للكثافة الأيونية للأنواع 253.53 ش.

النمذجة الجزيئية
تم تضييق عدد المطابقين في البداية باستخدام نماذج مشتقة من دراسات سابقة9،10،11،12،13. يتطلب تركيب CRUNCH فحصا دقيقا للمواد المتفاعلة والجزيئات المنشطة والحالات الانتقالية للحصول على طاقات عتبة دقيقة. وقد شملت الأبحاث السابقة9،10،11،12،13 فحصا مكثفا لمطابقي [amb + M (II)] للحصول على الهياكل ذات المعلمات المستخدمة في نمذجة CRUNCH هنا. تم استخدام المجمعات فقط مع روابط الببتيد عبر لأنها فقط تتفق مع IM-MS قياس CCSHe10. تتنبأ طرق النمذجة الجزيئية B3LYP و PM6 بأقل طاقة [amb + M (II)] - المشكل الذي يعرض Aa1-Cys 2-Cys 7 وتنسيق المحطة النهائية الكربوكسيلات ل Zn (II) أو Ni (II) 10,11,12,13. سمحت الإلمام بسلوكيات النماذج المعروفة بتحديد المطابقين الجدد ل [amb + M (II) + NTA] - بشكل أكثر كفاءة. للمساعدة في تحديد المصلحة، حيث تم تحديد مواقع مطابقات الطاقة المنخفضة بطريقة PM6، تم تصفيتها وإعادة تقييمها بشكل منهجي حتى تبقى أكثر المطابقات جدوى وأدنى مستوى.

نمذجة CRUNCH
نافذة زمنية لمراقبة التفكك. في هذه الدراسة ، تم استخدام النافذة الزمنية 50 ميكروثانية من بداية خلية النقل إلى نهاية محلل TOF ، حيث يتم وضع كاشف اللوحة متعدد القنوات. قد يكون من الأفضل استخدام النافذة الزمنية التجريبية بين التنشيط في خلية النقل ومدخل محلل كتلة TOF لأنه إذا انفصل الأيون المنشط خلال وقته في TOF العاكس ، قياس هذا الاضمحلال غير المستقر عند m/z مختلف. ومع ذلك ، في هذه الدراسة ، كانت أيونات المنتج التي لوحظت في أطياف الكتلة كلها قابلة للتحديد على أنها أنواع m/z غير المعدلة الموضحة في الشكل 3. هذا يشير إلى أن الاضمحلال المستقر لم يكن مشكلة. يمكن إجراء مزيد من الأبحاث للتحقيق في ذلك من خلال فحص تفاعل معروف مع عتبة عالية والتحقق من الحصول على طاقة العتبة الصحيحة باستخدام النافذة الزمنية 50 ميكروثانية ونمذجة RRKM.

عوامل التحجيم للترددات الاهتزازية. تم استخدام عوامل القياس الموصى بها من NIST لترددات الاهتزاز PM6 (1.062). وكانت هذه البيانات مرضية لملاءمة [A+Zn(II)+NTA]-و[A+Ni(II)+NTA]-، و[H+Zn(II)+NTA]. بالنسبة لبعض الحالات التي يتم فيها تفضيل قناة الطاقة الأعلى بشكل انتروبي على قناة الطاقة المنخفضة ، قد يكون من الضروري توسيع ترددات القناة الثانية بشكل إضافي. تتمثل إحدى الطرق في قياس الترددات التي تقل عن 900 سم −1 (لأن هذه هي الأقل دقة) لتخفيف الترددات وجعل TS أكثر تفضيلا من الناحية الإنتروبية.

تحسين المعلمات. يمكن أن يكون استخدام الخيار نعم للاحتفاظ بأي معلمة بالقيمة الحالية مفيدا لاحتواء البيانات بنجاح. بالنسبة للملاءمة الأولى ، يتم الاحتفاظ ب E 0 (2) ويتم تركيب نموذج TCID على البيانات عن طريق تحسين متغيرات CONST و E0 (1) و N. بمجرد تحديد موقع مناسب ، يمكن استخدام خيار المعلمات والاحتفاظ بأي معلمة في القيمة الحالية للاحتفاظ ب CONST و E 0 (1) و N ، مع السماح ل E0 (2) بالتحسين إلى البيانات. أخيرا ، بمجرد تحسين E 0 (2) ، في خيار المعلمات ، يجب السماح لجميع المعلمات الأربعة CONST و E 0 (1) و E0 (2) و N بالتحسين إلى البيانات.

نطاق الطاقة لتركيب نموذج TCID المحدد للبيانات التجريبية. يجب أن يعيد نطاق الطاقة المستخدم لملاءمة البيانات التجريبية إنتاج أكبر قدر ممكن من بيانات الكثافة التجريبية مع الحفاظ على ملاءمة جيدة في منطقة العتبة. يمكن للمرء أن يبدأ بتركيب نموذج TCID مع نطاق طاقة صغير عند عتبات البيانات التجريبية. يمكن للمرء اختيار طاقة البدء التي تظهر كثافة الخلفية قبل سلوك عتبة الكثافة المتزايدة. بمجرد تحسين ملاءمة TCID إلى نطاق البيانات التجريبية ، يجب زيادة النطاق بمقدار 0.1 eV ويجب تحسين الملاءمة مرة أخرى. وينبغي تكرار هذا الإجراء ليناسب أكبر قدر ممكن من نطاق البيانات مع الحفاظ على ملاءمة منطقة العتبة.

التحليلات الكيميائية الحرارية. يجب مقارنة النتائج الكيميائية الحرارية من خيار Delta H و S at T بسلسلة من نطاق الطاقة المختلفة التي تتناسب مع البيانات لتقدير الانحراف المعياري لتناسب نموذج TCID. يجب أن تتضمن الملاءمة التي يجب مقارنتها نطاقات أصغر تتناسب مع كثافات العتبة المرتفعة الأولية بشكل جيد مع تلك التي تحتوي على نطاقات أكبر تتضمن الطاقات الأعلى أيضا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ أي تضارب في المصالح للإفصاح عنهما.

Acknowledgments

تستند هذه المواد إلى العمل المدعوم من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم في إطار 1764436 ، وبرنامج NSF REU (CHE-1659852) ، ودعم أدوات NSF (MRI-0821247) ، ومنحة الفيزياء وعلم الفلك للنجاح (PASS) مشروع NSF (1643567) ، ومؤسسة ويلش (T-0014) ، وموارد الحوسبة من وزارة الطاقة (TX-W-20090427-0004-50) و L3 Communications. يشكر المؤلفون كينت م. إرفين (جامعة نيفادا - رينو) وبيتر ب. أرمنتروت (جامعة يوتا) على مشاركة برنامج CRUNCH وعلى المشورة بشأن التركيب من PBA. يشكر المؤلفون مجموعة مايكل تي باور في جامعة كاليفورنيا - سانتا باربرا لمشاركة برنامج سيجما.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetonitrile HPLC-grade Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A998SK-4
Alternative metal binding (amb) peptides PepmicCo (www.pepmic.com) designed peptides were synthized by order
Ammonium acetate (ultrapure) VWR 97061-014
Ammonium hydroxide (trace metal grade) Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A512-P500
Driftscope 2.1 software program Waters (www.waters.com) software analysis program
Gaussian 09 Gaussian Electronic Structure Modeling Software
GaussView Gaussian Graphical Interface to Visualize Computations
Glacial acetic acid (Optima grade) Fisher Scientific (www.Fishersci.com) A465-250
Ion-scaled Lennard-Jones (LJ) method Sigma Michael T. Bowers’ group of University of California at Santa Barbara
MassLynx 4.1 Waters (www.waters.com) software analysis program
Microcentrifuge Tubes VWR 87003-294 1.7 mL, polypropylene
Microcentrifuge Tubes VWR 87003-298 2.0 mL, polypropylene
Ni(II) nitrate hexahydrate (99% purity) Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com) A15540
Poly-DL-alanine Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com) P9003-25MG
Waters Synapt G1 HDMS Waters (www.waters.com)  quadrupole - ion mobility- time-of-flight mass spectrometer
Zn(II) nitrate hexahydrate (99%+ purity) Alfa Aesar (www.alfa.com) 12313

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kim, Y. -M., Chen, P. Ligand binding energy in [(bipy)Rh(PCH)]+ by collision-induced dissociation threshold measurements. International Journal of Mass Spectrometry. 202 (1-3), 1-3 (2000).
  2. Plattner, D. Electrospray mass spectrometry beyond analytical chemistry: Studies of organometallic catalysis in the gas phase. International Journal of Mass Spectrometry. 207 (3), 125-144 (2001).
  3. Narancic, S., Bach, A., Chen, P. Simple fitting of energy-resolved reactive cross sections in threshold collision-induced dissociation (T-CID) experiments. Journal of Physical Chemistry A. 111 (30), 7006-7013 (2007).
  4. Ervin, K., Armentrout, P. B. Systematic and random errors in ion affinities and activation entropies from the extended kinetic method. Journal of Mass Spectrometry. 39 (9), 1004-1015 (2004).
  5. Cooks, R. G., Wong, P. S. H. Kinetic method of making thermochemical determinations: Advances and applications. Accounts of Chemical Research. 31 (7), 379-386 (1998).
  6. Ervin, K. Microcanonical analysis of the kinetic method. The meaning of the "apparent entropy". Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 13 (5), 435-452 (2002).
  7. Amarasinghe, C., Jin, J. -P. The use of affinity tags to overcome obstacles in recombinant protein expression and purification. Protein & Peptide Letters. 22 (10), 885-892 (2015).
  8. Bornhorst, J. A., Falke, J. J. Purification of proteins using polyhistidine affinity tags. Methods in Enzymology. 326, 245-254 (2000).
  9. Yousef, E. N., Angel, L. A. 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. Journal of Mass Spectrometry. 55 (3), 4489 (2020).
  10. Lin, Y. -F., et al. Weak acid-base interactions of histidine and cysteine affect the charge states, tertiary structure, and Zn(II)-binding of heptapeptides. Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 30, 2068-2081 (2019).
  11. Wagoner, S. M., et al. 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. Journal of Mass Spectrometry. 51 (12), 1120-1129 (2016).
  12. Flores, A. A., et al. Formation of Co(II), Ni(II), Zn(II) complexes of alternative metal binding heptapeptides and nitrilotriacetic acid: Discovering new potential affinity tags. International Journal of Mass Spectrometry. 463, 116554 (2021).
  13. Flores, A. A., et al. Thermochemical and conformational studies of Ni(II) and Zn(II) ternary complexes of alternative metal binding peptides with nitrilotriacetic acid. International Journal of Mass Spectrometry. 473, 116792 (2022).
  14. Sesham, R., et al. The pH dependent Cu(II) and Zn(II) binding behavior of an analog methanobactin peptide. European Journal of Mass Spectrometry. 19 (6), 463-473 (2013).
  15. Choi, D., et al. Redox activity and multiple copper(I) coordination of 2His-2Cys oligopeptide. Journal of Mass Spectrometry. 50 (2), 316-325 (2015).
  16. Vytla, Y., Angel, L. A. Applying ion mobility-mass spectrometry techniques for explicitly identifying the products of Cu(II) reactions of 2His-2Cys motif peptides. Analytical Chemistry. 88 (22), 10925-10932 (2016).
  17. Yousef, E. N., et al. Ion mobility-mass spectrometry techniques for determining the structure and mechanisms of metal ion recognition and redox activity of metal binding oligopeptides. Journal of Visualized Experiments. (151), e60102 (2019).
  18. Ilesanmi, A. B., Moore, T. C., Angel, L. A. pH dependent chelation study of Zn(II) and Ni(II) by a series of hexapeptides using electrospray ionization - Ion mobility - Mass spectrometry. International Journal of Mass Spectrometry. 455, 116369 (2020).
  19. Armentrout, P. B., Ervin, K. M., Rodgers, M. T. Statistical rate theory and kinetic energy-resolved ion chemistry: Theory and applications. Journal of Physical Chemistry A. 112 (41), 10071-10085 (2008).
  20. Dalleska, N. F., Honma, K., Sunderlin, L. S., Armentrout, P. B. 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. Journal of the American Chemical Society. 116 (8), 3519-3528 (1994).
  21. Ervin, K. M., Armentrout, P. B. Translational energy dependence of Ar + XY → ArX+ + Y (XY = H2,D2,HD) from thermal to 30 eV c.m. Journal of Chemical Physics. 83, 166-189 (1985).
  22. DeTuri, V. F., Ervin, K. M. Competitive threshold collision-induced dissociation: Gas-phase acidities and bond dissociation energies for a series of alcohols. Journal of Physical Chemistry A. 103 (35), 6911-6920 (1999).
  23. Iceman, C., Armentrout, P. B. Collision-induced dissociation and theoretical studies of K+ complexes with ammonia: a test of theory for potassium ions. International Journal of Mass Spectrometry. 222 (1-3), 329-349 (2003).
  24. Rodgers, M. T., Ervin, K. M., Armentrout, P. B. Statistical modeling of collision-induced dissociation thresholds. Journal of Chemical Physics. 106, 4499-4508 (1997).
  25. Rodgers, M. T., Armentrout, P. B. Statistical modeling of competitive threshold collision-induced dissociation. Journal of Chemical Physics. 109, 1787-1800 (1998).
  26. Armentrout, P. B., Ervin, K. M. CRUNCH, Fortran program, version 5.2002. , (2016).
  27. Pringle, S. D., et al. An investigation of the mobility separation of some peptide and protein ions using a new hybrid quadrupole/travelling wave IMS/oa-ToF instrument. International Journal of Mass Spectrometry. 261 (1), 1-12 (2007).
  28. Smith, D. P., et al. Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies. European Journal of Mass Spectrometry. 15 (2), 113-130 (2009).
  29. Forsythe, J. G., et al. Collision cross section calibrants for negative ion mode traveling wave ion mobility-mass spectrometry. Analyst. 140 (20), 6853-6861 (2015).
  30. Allen, S. J., Giles, K., Gilbert, T., Bush, M. F. Ion mobility mass spectrometry of peptide, protein, and protein complex ions using a radio-frequency confining drift cell. Analyst. 141 (3), 884-891 (2016).
  31. Salbo, R., et al. Traveling-wave ion mobility mass spectrometry of protein complexes: accurate calibrated collision cross-sections of human insulin oligomers. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 26 (10), 1181-1193 (2012).
  32. Stewart, J. J. P. Optimization of parameters for semiempirical methods V: Modification of NDDO approximations and application to 70 elements. Journal of Molecular Modeling. 13, 1173 (2007).
  33. Frisch, M. J., et al. Gaussian 09, Revision C.01. Wallingford CT: Gaussian, Inc. , (2012).
  34. Becke, A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. Journal of Chemical Physics. 98, 5648-5652 (1993).
  35. Wyttenbach, T., von Helden, G., Batka, J. J., Carlat, D., Bowers, M. T. Effect of the long-range potential on ion mobility measurements. Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 8, 275-282 (1997).
  36. Shvartsburg, A. A., Jarrold, M. F. An exact hard-spheres scattering model for the mobilities of polyatomic ions. Chemical Physics Letters. 261 (1-2), 86-91 (1996).
  37. Heerdt, G., Zanotto, L., Souza, P. C. T., Araujo, G., Skaf, M. S. Collision cross section calculations using HPCCS. Methods in Molecular Biology. 2084, 297-310 (2020).
  38. Zanotto, L., Heerdt, G., Souza, P. C. T., Araujo, G., Skaf, M. S. High performance collision cross section calculation-HPCCS. Journal of Computational Chemistry. 39 (21), 1675-1681 (2018).
  39. https://cccbdb.nist.gov/pollistx.asp. , Available from: https://cccbdb.nist.gov/pollistx.asp (2022).
  40. Raja, U. K. B., Injeti, S., Culver, T., McCabe, J. W., Angel, L. A. Probing the stability of insulin oligomers using electrospray ionization ion mobility mass spectrometry. European Journal of Mass Spectrometry. 21 (6), 759-774 (2015).
  41. Merenbloom, S. I., Flick, T. G., Williams, E. R. How hot are your ions in TWAVE ion mobility spectrometry. Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 23 (3), 553-562 (2012).

Tags

الكيمياء، العدد 184،
الدراسات الكيميائية الحرارية للمجمعات الثلاثية Ni(II) و Zn(II) باستخدام مطياف الكتلة الأيونية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Corrales, A. J., Arredondo, A. V.,… More

Corrales, A. J., Arredondo, A. V., Flores, A. A., Duvak, C. L., Mitchell, C. L., Spezia, R., Angel, L. A. Thermochemical Studies of Ni(II) and Zn(II) Ternary Complexes Using Ion Mobility-Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (184), e63722, doi:10.3791/63722 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter