Waiting
Login processing...

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

Chemistry

İyon Hareketliliği-Kütle Spektrometrisi Kullanılarak Ni(II) ve Zn(II) Üçlü Komplekslerinin Termokimyasal Çalışmaları

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

Bu makalede, ilgili üçlü metal komplekslerinin ayrışmasının nispi termokimyasını ölçmek için elektrosprey-iyon hareketliliği-kütle spektrometrisi, yarı ampirik kuantum hesaplamaları ve enerji çözümlü eşik çarpışma kaynaklı ayrışma kullanan deneysel bir protokol açıklanmaktadır.

Abstract

Bu makalede, negatif yüklü [amb + M (II) + NTA]- üçlü komplekslerin iki ürün kanalına ayrışmasının termokimyasını ölçmek için elektrosprey-iyon hareketliliği-kütle spektrometresi (ES-IM-MS) ve enerji çözümlü eşik çarpışma kaynaklı ayrışma (TCID) kullanan deneysel bir protokol açıklanmaktadır: [amb + M (II)] + NTA veya [NTA + M (II)]-  + amb, burada M = Zn veya Ni ve NTA nitrilotriasetik asittir. Kompleksler, birincil yapılara sahip alternatif metal bağlayıcı (amb) heptapeptitlerden birini içerir asetil-His 1-Cys 2-Gly 3-Pro 4-Tyr 5-His 6-Cys 7 veya asetil-Asp 1-Cys 2-Gly3-Pro 4-Tyr 5-His 6-Cys 7, burada amino asitlerin Aa1,2,6,7 pozisyonlar potansiyel metal bağlama bölgeleridir. Üçlü komplekslerin geometri için optimize edilmiş durağan durumları ve ürünleri, elektronik enerjilerini ve çarpışma kesitlerini (CCS) ES-IM-MS tarafından ölçülenlerle karşılaştırarak kuantum kimyası hesaplamalarından (şu anda PM6 yarı ampirik Hamiltonian) seçilmiştir. PM6 frekans hesaplamalarından, üçlü kompleksin ve ürünlerinin moleküler parametreleri, ayrışmanın 0 K entalpileri (ΔH0) ile ilgili reaksiyonların eşik enerjilerini belirlemek için rekabetçi bir TCID yöntemi kullanarak iki ürün kanalının enerjiye bağımlı yoğunluklarını modellemektedir. PM6 dönme ve titreşim frekanslarını kullanan istatistiksel mekanik termal ve entropi düzeltmeleri, ayrışmanın 298 K entalpini sağlar (ΔH298). Bu yöntemler, bir dizi üçlü metal iyon kompleksi için termokimya ve denge sabitlerini belirleyebilen bir EI-IM-MS rutinini tanımlar.

Introduction

Bu çalışmada, alternatif bir metal bağlama (amb) üçlü metal kompleksinin [amb + M (II) + NTA] ayrışması için göreceli termokimyanın belirlenmesine izin veren, ticari olarak temin edilebilen bir iyon hareketliliği-kütle spektrometresi kullanılarak yeni bir teknik tanımlanmaktadır; burada M = Zn veya Ni ve NTA = nitrilotriasetik asit (Şekil 1). Bu reaksiyonlar, immobilize metal afinite kromatografisi (IMAC) sırasında NTA immobilize metale bağlı amb etiketli rekombinant proteinin ayrışmasını modellemektedir1,2. Örnek olarak, bu yöntem amb A ve H'nin amb heptapeptid etiketleri kullanılarak tanımlanmıştır (Şekil 2) (önceki çalışmalardan seçilen 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ) Zn(II) ve Ni(II)-bağlayıcı özellikler sergileyen ve bu nedenle saflaştırma etiketleri olarak potansiyel uygulamalara sahip olanlar. Bununla birlikte, tarif edilen süreç, herhangi bir organometalik sistemdeki termokimyasal enerjileri değerlendirmek için kullanılabilir. Bu amb peptitleri, NTA'nın karboksilat ve amin bölgeleriyle rekabet eden Aa1-Aa 2 ve Aa6-Aa 7 pozisyonlarında metal bağlanma bölgelerine sahiptir. Üç merkezi amb amino asidi bir ara parça (Gly3), iki kol için menteşe (Pro4) ve uzun mesafeli bir π-metal katyon etkileşimi (Tyr5) sağlar.

[amb + M (II) + NTA] - komplekslerinin genel 1-yük durumu, potansiyel bağlanma bölgelerinin protonasyon durumu ile belirlenir. 2+ oksidasyon durumuna sahip Ni(II) veya Zn(II) olduğundan, üç deprotonlanmış negatif yüklü bölgeden oluşan bir ağ olmalıdır. [amb + M (II) + NTA] - komplekslerinin moleküler modellemesi, bunların NTA'dan iki proton ve amb'den bir proton olduğunu tahmin eder (yani, [amb-H + M (II) + NTA-2H]-). Ürün kanalları iyonik bir tür ve nötr bir tür içerir (yani, [NTA-3H + M (II)]- + amb veya [amb-3H + M (II)]- + NTA). Makalede, komplekslerin adlarında "-3H" hariç tutulmuştur, ancak okuyucu -3H'nin ima edildiğini bilmelidir. Araç, iki iyonik kütle-yük (m / z) türünün göreceli yoğunluklarını ölçer. ES-IM-MS analizlerinin önemli bir özelliği, burada ve önceki ambçalışmalarında 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 olarak kullanıldığı gibi, belirli bir m / z türünün reaktivitesinin incelenmesine izin vermesidir.

Çarpışma kaynaklı ayrışma kullanarak büyük kompleksler için termokimyasal verilerin elde edilmesi önemli bir ilgi konusudur13,14. Kinetik yöntem de dahil olmak üzere metodolojiler, verileri bir dizi enerjiye sığdırmak için elverişli değildir ve çoklu çarpışma ortamlarını hesaba katmazlar15,16,17,18. Burada, Armentrout, Ervin ve Rodgers tarafından kılavuzlu iyon ışını tandem kütle spektrometresi kullanılarak geliştirilen eşik CID (TCID) yöntemi, seyahat eden dalga iyon kılavuzlarını kullanan yeni bir ES-IM-MS cihaz platformuna19 uygulanmaktadır. TCID yöntemi, üçlü komplekslerin iki ürün kanalına ayrışmasının göreceli termokimyasal analizine izin verir ve reaktanın translasyonel enerjisi (bu araştırmada üçlü kompleks) ile inert bir hedef gaz (bu durumda argon) arasındaki çarpışma enerjisinin transferini tanımlayan bir eşik yasası içerir. Yöntem, reaktanın iç enerji dağılımı20, reaktant ve hedef gaz arasındaki translasyonel enerji dağılımları 21 ve toplam açısal momentum dağılımları22,23 üzerinden entegrasyonu içerir. Ürünlerin gözlemlenmesi için sınırlı zaman aralığından kaynaklanan kinetik kaymaların ayrışma olasılığı ve istatistiksel Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) düzeltmesi dahil edilmiştir24. İki bağımsız ürün kanalı için, rekabetçi TCID yöntemi, iki rakip ürün kanalının aynı anda takılmasına izin verir. Kompleksin ayrışması, ürünlerin özelliklerine sahip olan, ancak kilitli bir dipol25 tarafından bir arada tutulan yörüngedeki bir geçiş durumundan geçer. TCID yöntemi, CRUNCH program26'ya dahil edilmiştir ve üçlü [amb + M (II) + NTA] - komplekslerinin iki ayrışma kanalının termokimyasını değerlendirmek için kullanıcı arayüzünün çalışması burada açıklanmıştır. CRUNCH programı, geliştiricilerinisteği üzerine 26 tarafından kullanılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: Şekil 1'de protokole genel bir bakış gösterilmektedir.

1. Reaktiflerin hazırlanması

  1. Dondurularak kurutulmuş amb peptitleri (% >98 saflıkta) satın alın ve bunları -80 ° C'lik bir dondurucuda saklayın.
  2. % >99 saflıkta çinko (II) nitrat hekzahidrat ve nikel (II) nitrat hekzahidrat satın alın.
    DİKKAT: Nikel (II) nitrat hekzahidrat çevre ve sağlık tehlikesi oluşturur.
  3. Nitrilotriasetik asit, poli-DL-alanin polimerleri, ultra saf/eser metal sınıfı amonyum asetat, amonyum hidroksit, buzul asetik asit ve HPLC sınıfı asetonitril satın alın.

2. Stok çözeltilerinin hazırlanması

  1. Peptit amb stok çözeltisi
    1. En az üç önemli rakam kullanarak dondurularak kurutulmuş peptidin 10-20 mg'ını tartarak ve 1.7 mL'lik bir polipropilen mikrosantrifüj tüpüne yerleştirerek 12.5 mM amb konsantrasyonunda sulu bir çözelti hazırlayın.
    2. Mikrosantrifüj tüpüne uygun miktarda deiyonize su (>17.8 MΩ cm) ekleyin. Kapağı kapatın ve en az 20 ters çevirme ile iyice karıştırın.
    3. 12,5 mM amb çözeltisinden 50 μL alikot oluşturun ve bunları işaretli 1,7 mL mikrosantrifüj tüplerine yerleştirin. Aliquot stok çözümlerini -80 °C'de saklayın.
  2. Metal iyon stok çözümleri
    1. 12,5 mM konsantrasyondaki sulu Zn(II) ve Ni(II) çözeltilerini, en az üç önemli rakam kullanarak 10-30 mg metal nitrat hekzahidratını tartarak ve 1,7 mL'lik bir polipropilen mikrosantrifüj tüpüne yerleştirerek hazırlayın.
    2. Mikrosantrifüj tüpüne uygun miktarda DI suyu ekleyin. Kapağı kapatın ve en az 20 ters çevirme ile iyice karıştırın. 50 μL aliquot stok çözeltilerini -80 °C'de saklayın.
  3. NTA iyon stok çözümleri
    1. En az üç önemli rakam kullanarak 10-30 mg NTA tartarak ve 1.7 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpüne yerleştirerek sulu bir NTA çözeltisi hazırlayın.
    2. 12,5 mM'lik bir nihai konsantrasyon elde etmek için mikrosantrifüj tüpündeki NTA'ya uygun miktarda DI suyu ekleyin. Kapağı kapatın ve en az 20 ters çevirme ile iyice karıştırın. 50 μL aliquot stok çözeltilerini -80 °C'de saklayın.
  4. Amonyum asetat stok çözeltileri: 30,8 mg amonyum asetat tartın ve 10 mM'lik bir çözelti elde etmek için 40 mL DI suyuna ekleyin. Amonyum asetat çözeltisinin pH'ını 1 mM amonyum hidroksit ile pH 7.7'ye ayarlayın.
  5. Poli-DL-alanin stok çözeltisi: 1.0 mg PA'yı DI suyunda çözerek 1 mL, 1.000 ppm poli-DL-alanin (PA) stok çözeltisi yapın. Kapsamlı bir şekilde karıştırın. 50 μL alikot oluşturun ve bunları ayrı ayrı etiketlenmiş mikrosantrifüj tüplerine koyun. 1.000 ppm'lik çözeltiyi -80 °C'de saklayın.

3. Elektrosprey-iyon hareketliliği-kütle spektrometresi (ES-IM-MS) çarpışma kaynaklı ayrışma (CID) analizi

  1. 500 μL 0,1 M buzul asetik asit, ardından 500 μL 0,1 M amonyum hidroksit ve son olarak 500 μL pH 7,7 amonyum asetat çözeltisi enjekte ederek ES giriş borusunu ve metal kılcal damarı temizleyerek cihazı hazırlayın.
  2. 12,5 mM amb stok solüsyonunu oda sıcaklığına getirerek sıvılaştırın. DI su ile iki ardışık seyreltme yaparak 0.125 mM amb'lik bir son konsantrasyon oluşturun. Her seyreltmeden sonra kapsamlı bir şekilde karıştırın.
  3. 12,5 mM metal iyon stok çözeltisini oda sıcaklığına getirerek sıvılaştırın. DI su ile iki ardışık seyreltme yaparak 0.125 mM metal iyonunun son konsantrasyonunu oluşturun. Her seyreltmeden sonra kapsamlı bir şekilde karıştırın.
  4. 12,5 mM NTA stok çözümünü sıvılaştırın. DI suyu ile iki ardışık seyreltme yaparak 0,125 mM NTA'lık bir son konsantrasyon oluşturun. Her seyreltmeden sonra kapsamlı bir şekilde karıştırın.
  5. Üçlü kompleksin 2 mL'lik bir örneğini yapmak için, 2 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpüne 800 μL 0.125 mM NTA çözeltisi ve 400 μL 0.125 metal iyon çözeltisi ekleyin ve en az 20 ters çevirme ile iyice karıştırın. 400 μL amonyum asetat çözeltisi (pH 7.7) ve 400 μL 0.125 mM amb çözeltisi ekleyin, en az 20 inversiyonla iyice karıştırın ve numunenin oda sıcaklığında 10 dakika boyunca dengelenmesine izin verin.
  6. 2 mL'lik numuneyi 2,5 mL'lik künt burun şırıngasına yükleyin ve cihazın şırınga pompasını kullanarak numuneyi 10 μL/dak akışta cihazın ES'sine enjekte edin.
  7. Cihazı negatif IM-MS moduna getirin. Bu deneyler için cihaz27'nin tipik çalışma koşullarını aşağıdaki gibi kullanın.
    1. Numuneyi, 500 L/s azot çözünme akış hızı ile -2 kV'da tutulan ES kılcal damarına 10 μL/dak akış hızında enjekte edin. ES kaynağını ve çözünme sıcaklıklarını sırasıyla 130 °C ve 263 °C'ye ayarlayın. Örnekleme ve ekstraksiyon konilerini sırasıyla 25 V ve 3 V olarak ayarlayın.
    2. CID deneyleri için, düşük kütle = 4.5 ve yüksek kütle = 16.5 çözünürlük ayarlarıyla monoizotopik zirvenin m / z'sini kullanarak [amb + M (II) + NTA] - üçlü kompleksinin izotopik modelini seçmek için kuadrupol kütle analizörünü kullanın.
      NOT: [amb+M(II)+NTA]- iyonları sıralı üç hareketli dalga (T-dalgası ) iyon kılavuzuna geçirilir.
    3. T-dalgasının 3 mL/dak argon gazı akışına ve 2,83 x 10-2 mbar basınca sahip olduğundan emin olun. Üçlü kompleksin ayrışmasını önlemek için çarpışma enerjisini (CE) 5 V'ta tuzağa ayarlayın. Tuzağın, üçlü kompleks iyonlarını serbest bırakmadan önce (200 μs serbest kalma süresi) iyon hareketliliği (IM) T-dalgası iyon kılavuzuna, IM girişindeki kompleksin ayrışmasını minimumda tutan 14 V'luk bir tuzak DC önyargısı kullanarak toplamasına izin verin.
    4. IM iyon kılavuzunun, 20 mL/dak ultrasaf N2 tampon gazı akış hızı kullanarak 0,507 mbar basınca sahip olduğundan emin olun. IM'deki T-dalgalarını 7 V ila 30 V yüksekliklerde ve IM iyon kılavuzunun her başlangıç ve bitiş süpürmesi için 290 m/s ila 801 m/s hızlarda yükseltin.
    5. Transfer T-dalgasının argon akışını ve basıncını tuzak T-dalgası ile aynı şekilde ayarlayın. Transfer T-dalgası, transfer CE kullanılarak üçlü [amb + M (II) + NTA] - kompleksinin çarpışma kaynaklı ayrışması için kullanıldı.
  8. Çözümleme modunda iletim dörtlüsünü kullanarak negatif yüklü [amb+M(II)+NTA]- kompleksinin m/z izotop desenini seçin.
    1. Kütle spektrometresi programını açıp Spectrum'u seçerek m / z izotop modelini tanımlayın. İzotop modeli > Araçlar'ı seçin. Açılır pencerede, kompleksin moleküler formülünü listeleyin, Yüklü İyonu Göster kutusunu işaretleyin, negatif olanın ücreti için 1 girin ve Tamam'a tıklayın.
    2. Kompleksin görüntülenen izotop modelinde, en düşük kütle zirvesine dikkat edin. Cihaz yazılımında, Dörtlü Profil > Ayarla'yı seçin. Açılan pencerede, Manuel Sabit'i seçin ve en düşük izotopik desen zirvesinin kütlesini girin. Güncelle'ye ve ardından Kapat'a tıklayın.
    3. Kurulumu tekrar seçin ve ardından Dörtlüyü Çözme'ye tıklayın. Negatif iyon ES-IM-MS spektrumlarını, 5 dakikalık bir çalışma süresi ve 2 s tarama süresi kullanarak bir dizi transfer çarpışma enerjisi boyunca kademeli olarak toplayın.
      NOT: Ön transfer enerjileri 26-60 V aralıklarla test edilebilir. İncelenen transfer çarpışma enerjilerinin son aralığı, üçlü kompleksin en düşük enerjide ayrışmadığını ve en yüksek enerjideki ürünlere tam ayrıştığını göstermemelidir. Yüksek kaliteli istatistiksel analiz için, bu ES-IM-MS analizi, her bir amb üçlü kompleksi için farklı insanlar tarafından en az 3 kat ve farklı günlerde araçları ve standart sapmaları belirlemek için yapılmalıdır.

4. ES-IM-MS çarpışma kesit (CCS) analizi

  1. ES giriş borusunu ve metal kılcal damarı 500 μL 0,1 M buzul asetik asit, ardından 500 μL 0,1 M amonyum hidroksit ve son olarak 500 μL pH 7,7 amonyum asetat çözeltisi ile temizleyin.
  2. 1.000 ppm PA stok çözeltisini oda sıcaklığına sıvılaştırın ve iki seri seyreltme yapın; DI su ile 100 ppm PA'ya kadar seyreltin ve daha sonra 1: 1 oranında DI su ve HPLC sınıfı asetonitril ile seyrelterek 10 ppm PA çözeltisine seyreltin.
  3. Enstrümantal çalışma koşullarını kullanarak 10 ppm PA numunesinin negatif iyon IM-MS spektrumlarını 10 dakika boyunca toplayın.
    NOT: Enjeksiyon akış hızı ve ES kaynak koşulları, CID deneyleri ile aynıydı (adım 3.). CCS'nin ölçümleri için, kuadrupol kütle analizörü çözünmeyen moddaydı ve tüm iyonları sıralı üç T-dalgası iyon kılavuzuna aktardı. T-dalgası tuzağı ve IM T-dalgası iyon kılavuzlarının çalışması, CID deneyleriyle aynıydı. Transfer T-dalgası hücresinin çarpışma enerjisi, iyonların ayrışmadan geçmesine izin vermek için 4 V'taydı.
  4. Üçlü komplekslerin her birini adım 3.2.-3.6'da açıklandığı gibi hazırlayın.
  5. Her üçlü kompleksin IM-MS spektrumlarını 5 dakika boyunca toplayın.
    NOT: Adım 4.3'teki ile aynı araçsal koşulları kullanın.
  6. 10 ppm PA numunesinin negatif iyon IM-MS spektrumlarını 10 dakika boyunca toplayın.
    NOT: CCS belirlemesinde, amb üçlü komplekslerinden önce ve sonra toplanan PA kalibrantlarının varış sürelerinin ortalaması kullanılır.

5. ES-IM-MS CID verilerinin analizi

  1. Üçlü kompleksin teorik m / z izotop modellerini ve ürünlerini deneysel IM-MS spektrumlarıyla eşleştirerek türleri tanımlayın.
    1. Kütle spektrometresi programını açın ve yeni bir pencere açmak için Chromatogram'ı seçin.
    2. Chromatogram penceresinde, istediğiniz IM-MS veri dosyasını bulmak ve açmak için Dosya > Aç'a tıklayın.
    3. Fareyi sağ tıklatın, kromatogram boyunca sürükleyin ve bırakın. MS spektrumu ayrı bir Spectrum penceresinde görüntülenecektir.
    4. Spektrumları görüntüleyen yeni pencerede, İzotop Modeli > Araçlar'ı seçin. Küçük bir pencere açılacaktır. AMD türlerinin moleküler formülünü girin, Yüklü İyonu Göster kutusunu işaretleyin ve istediğiniz yük durumunu girin. Tamam'a tıklayın.
    5. IM-MS spektrumundaki tüm türleri ayırt etmek için, bu işlemi Spektrum penceresinde tekrarlayın ve m / z izotop aralıklarını kaydedin.
  2. Üçlü amb kompleksi ve ürünleri için, onları tanımlamak ve varış zamanı dağılımlarını (ATD) çıkarmak için m / z izotop aralıklarını kullanın.
    1. ion mobility ayırma yazılımını açın ve veri dosyasını bulmak ve açmak için Dosya > Aç'ı seçin.
    2. Üçlü kompleksin m /z izotop aralığını yakınlaştırmak için fareyle sol tıklayın ve sürükleyin [amb+M(II)+NTA]-.
    3. Seçim aracını kullanarak, sol tıklayın ve sürükleyerek adım 5.1'de tanımlandığı gibi [amb+M(II)+NTA]- için belirli izotop aralığını seçin. Geçerli Seçimi Kabul Et düğmesine tıklayın.
    4. Herhangi bir tesadüfi m/z türünü veya arka plan sinyalini ortadan kaldırmak için, üçlü kompleksle ilişkili ATD'yi seçmek üzere Seçim aracını kullanın. Geçerli Seçimi Kabul Et düğmesine tıklayın.
    5. ATD dosyasını kütle spektrometresi yazılımına dışa aktarmak için, Dosya > Dışa Aktar'a gidin ve ardından Sürüklenme Süresini Koru'ya tıklayın. İsterseniz dosyayı yeniden adlandırın ve dosyayı uygun klasöre kaydedin.
  3. Çıkarılan ATD eğrisi altındaki alanın, türlerin göreceli yoğunluğunun entegrasyonu ile belirlenir.
    1. Chromatogram penceresinde, kaydedilen dışa aktarılan dosyayı iyon hareketliliği ayırma yazılımından açın. İşleme'yi ve ardından Tümleştir'i seçin. 20 tepeden tepeye genlik ayarını kullanın ve Tamam'a tıklayın.
    2. Entegre alanı Chromatogram penceresinde gösterildiği gibi kaydedin. 5.2.2.-5.2.5 arasındaki adımları yineleyin. iki ürün için, yani [NTA + M (II)]- ve [amb + M (II)]-.
    3. 5.2.1.-5.3.2 arasındaki adımları yineleyin. Her transfer çarpışma enerjisi için kaydedilir.
  4. Göreceli bir yüzde ölçeğine normalleştirmek için her transfer çarpışma enerjisi noktasında üçlü kompleks [amb + M (II) + NTA] - ve iki ürün [NTA + M (II)] - ve [amb + M (II)] - için entegre ATD alanlarını kullanın.
    1. Üçlü kompleksin ve ürünlerinin kimliklerini ve her çarpışma enerjisinde entegre ATD'lerini girerek bir elektronik tablo oluşturun.
    2. Her çarpışma enerjisi için, bireysel ATD'lerini göreceli bir yüzde ölçeğine normalleştirmek için [amb + M (II) + NTA]-, [NTA + M (II)] - ve [amb + M (II)]- için entegre ATD'lerin toplamını kullanın.
    3. Çoğaltılan TCID ölçümlerinden, her veri noktasının ortalama ve standart sapmalarını bulun. Argon (m Ar) çarpışma gazının ve üçlü kompleksin (m kompleksi) ortalama kütlelerini kullanarak laboratuvar çerçevesi transfer çarpışma enerjisini (E laboratuvarı) kütle merkezi çarpışma enerjisine (E cm) dönüştürün: E cm = Elaboratuvarı (m Ar)/(m Ar + mkompleksi).
      NOT: Ecm , üçlü kompleksin ayrışması için mevcut olan argon gazı ile çarpışmadan kaynaklanan maksimum enerjiyi temsil eder.
    4. [amb + M (II) + NTA]-, [NTA + M (II)]- ve [amb + M (II)]- 'nin bireysel yüzde yoğunluklarının ortalama ve standart sapmasını, türlerin göreceli yoğunluklarının çarpışma enerjisinin bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini göstermek için göreceli yoğunluk (%) ve kütle merkezi çarpışma enerjisi (eV) grafiğinde çizin.

6. Çarpışma kesitlerini (CCS) belirlemek için ortalama varış sürelerinin analizi

  1. İyon hareketliliği ayırma yazılımını ve 4 V'de ayarlanmış transfer çarpışma enerjisiyle toplanan 10 ppm PA örneğinin IM-MS spektrumunu içeren dosyayı açın. İkinci PA calibrants dosyası için tekrarlayın.
  2. İyon hareketliliği ayırma yazılımını açın. PA kalibrantları arasında kaydedilen amb üçlü komplekslerinin IM-MS spektrumlarını içeren dosyalardan birini açmak için Dosya > Aç'ı kullanın. Üçlü komplekslerin her birinin ATD'sini ayıklayın ve Sürüklenme Süresini Koru seçeneğini kullanarak dosyalarını kütle spektrometresi yazılımına aktarın (bkz. adım 5.2.5.).
  3. Üçlü kompleksin CCS'sini ve ürünlerini hesaplamak için kesitsel kalibrasyon yöntemi28 kullanın.
    1. Bir elektronik tabloda, tek negatif yüklü PA türlerinin her biri için düzeltilmiş CCS'yi (Ω c) hesaplayın, Denklem 1 kullanılarak Helyum tampon gazı31'de ölçülen CCS (Ω) 29,30, burada z = üçlü kompleksin yükü, ec = 1.602 x 10−19 C; m N2 = azot kütlesi (u) ve miyonu = üçlü kompleksin kütlesi28.
       Equation 1(1)
    2. PA kalibrantlarının ve üçlü komplekslerin sürüklenme sürelerini (tD) ilk önce karşılık gelen ATD eğrilerinin maksimumundan ortalama varış sürelerini (tA) elde ederek ve daha sonra c = dedektör gecikme katsayısının (1.41 ms; aletler arasında değişebileceği için cihazı kontrol edin) ve m / z = PA kalibrant veya amb üçlü kompleksinin kütle-yük oranının uygulandığı Denklem 2'yi uygulayarak bulun.
      tD =tA Equation 2 (2)
    3. PA kalibrantlarının tD ve Ωc değerlerini çizerek bir grafik oluşturun. Daha sonra, Denklem 3'ü kullanarak, A' ve B sabitlerini bulmak için verileri en küçük kareler regresyonuyla eşleştirin; burada A', cihazdaki elektrik alanı, sıcaklık ve basınç için düzeltir ve B, T-dalgası IM cihazının doğrusal olmayan davranışını düzeltir.
      Ωc = A' tDB (3)
    4. A' ve B sabitlerini ve amb üçlü komplekslerinin tD değerini kullanarak, Denklem 3'ü kullanarakc Ω ve Denklem 1'i kullanarak Ω hesaplayın. Bu yöntemle tahmin edilen CCS değerleri yaklaşık %29 mutlak hatalara sahiptir.

7. Hesaplamalı yöntemler

  1. [amb + M (II) + NTA]- üçlü komplekslerinin geometri için optimize edilmiş konformatörlerini ve iyon ve nötr ürün çiftlerini bulmak için yapısal modelleme ve hesaplama yazılımı33'te uygulanan yarı ampirik PM632 yöntemini kullanın: [amb + M (II)]- + NTA ve [NTA + M (II)]- + amb CID deneylerinden gözlemlenmiştir. Hesaplamaların nasıl geliştirileceği ve gönderileceği ile ilgili ayrıntılar için Ek Dosya'daki hesaplama görselleştiricisi kullanımına bakın.
    NOT: Mevcut sistemler için, PM6 yöntemi deneysel verileri doğru bir şekilde yeniden üretti, ancak genel olarak, güvenilir ve hesaplama açısından yapılabilir herhangi bir kuantum kimyası yöntemi kullanılabilir.
  2. Farklı konformasyonları, protonasyon durumlarını ve potansiyel bağlanma bölgelerini keşfetmek için birden çok farklı başlangıç yapısında geometri optimizasyonları ve frekans hesaplamaları çalıştırın. Üçlü komplekslerin her biri ve ürünleri için bulunan durağan noktaların her birinin elektronik + sıfır noktası enerjilerini kaydedin.
    NOT: Geometri optimizasyonları için başlangıç yapıları, bağlanma bölgelerinin ve konformasyonel düzenlemelerin farklı olası kombinasyonlarını araştırmalıdır. Başlangıç yapıları daha önce yerleştirilmiş B3LYP34 [amb + M (II)]- konformatörleri 3,4,6'ya dayanıyordu. [amb+M(II)+NTA]- için NTA, Aa1-Aa 2-Aa 6-Aa 7'deki amb'nin ikame bölgeleri ve Zn(II)'nin singlet spin durumu veya Ni(II)'nin üçlü spin durumu için karboksilat terminus ile rekabet edecek şekilde konumlandırıldı.
  3. Bu kuantum kimyasal hesaplamalardan elde edilen atomik koordinatları kullanarak helyum tampon gazında (CCSHe) ölçülen doğru çarpışma kesit ölçümlerini yapabilen bir program kullanın35.
    NOT: Kuantum kimyasal hesaplamalarla bulunan peptit yapılarından doğru CCSHe'yi hesaplamak için geliştirilen programlar arasında MobCal36 ve HPCCS37,38 bulunmaktadır.
  4. Lennard-JonesCCS'yi sergileyen en düşük enerjili konstrüktörü seçin Aşağıdaki CRUNCH modellemesine dahil edilecek üçlü komplekslerin ve ayrışma ürünlerinin yapılarınıseçmek için IM-MS ölçülen CCS He ile aynı fikirdedir.

8. CRUNCH modelleme

  1. Tartışma bölümünde açıklanan biçimde bir metin dosyası oluşturun ("CRUNCH giriş metin dosyası biçimi").
    NOT: Dosya aşağıdaki sütunları içerir: (-1) kütle merkezi çarpışma enerjisi (Ecm), (1) [amb+M(II)]- ürününün bağıl yoğunluğunun ortalaması, (2) [amb+M(II)]- yoğunluğunun standart sapması, (3) [NTA+M(II)]- ürününün bağıl yoğunluğunun ortalaması ve (4) [NTA+M(II)]- yoğunluğunun standart sapması.
  2. Model Esantim-İki reaksiyon kanalının bağımlı yoğunlukları [amb+M(II)+NTA]-için [amb+M(II)]- + NTA ve [amb + M (II) + NTA]- için [NTA+M(II)]- + CRUNCH programında TCID tekniğini kullanan amb.
    NOT: Üçlü kompleks ve iki iyon ve nötr ürün kanalı için PM6 titreşim ve dönme frekanslarını kullanın. Üçlü kompleksin ortalama kütlelerini, argon çarpışma gazını ve iyon ve nötr ürünleri kullanın. Polarize edilebilirlikler için PM6 hesaplamalarından veya NIST veritabanından değerler kullanın (ş3) ve nötr ürünler için dipol momentleri (Debye).
    1. CRUNCH ana menüsünden, metin dosyasını açın (. GB5) ürünlerin Ecm'ye bağımlı bağıl yoğunluklarını içerir. Parametreleri okumak için Hayır'ı yanıtlayın.
    2. CRUNCH ana menüsünden Modelleme > Tüm parametreleri ayarla'yı seçin. Reaksiyon modeli seçeneklerinden, varsayılan Eşik CID seçeneğini ve ardından üçlü kompleks20'nin enerji transferi dağılımı üzerinden entegrasyon ile RRKM'yi seçin, modellenen bağımsız ürün kanalları için 2 girin ve Kesitleri hesapla'yı seçin. Hayır'a girin Herhangi iki ürün kanalı aynı iyon kütlesine sahip mi?
    3. Ürün Kanalı # 1 için, [amb+M(II)]- ürününün deneysel verileri için sütun [1], [amb+M(II)]- ürününün standart sapmaları için sütun [2], kıvrımsız model kesiti için sütun [5] ve kıvrımlı model kesiti için sütun [6] girin. Uyum artıkları için 0 girin.
      Not: Bu sütun numaraları, adım 8.1'deki giriş dosyasındaki sütunlara karşılık gelir. tartışmada açıklandığı gibi ("CRUNCH giriş metin dosyası biçimi").
    4. Ürün Kanalı # 2 için, [NTA+M(II)]- ürününün deneysel verileri için sütun [3], [NTA+M(II)]- ürününün standart sapmaları için sütun [4], kıvrımsız model kesiti için sütun [7] ve kıvrımlı model kesiti için sütun [8] girin. Uyum artıkları için 0 girin.
    5. Kıvrımsız modelin türü için, çarpışma hücresinden TOF dedektörü18'e 50 μs zaman penceresi nedeniyle kinetik kaymaların istatistiksel RRKM düzeltmesini içeren 0 K kesitini (kinetik kayma dahil) seçin.
    6. Evrişim seçenekleri için, üçlü kompleks iyon ve argon çarpışma gazı21 arasındaki translasyonel enerji dağılımları üzerindeki evrişimi içeren Tiernan'ın çift integralini seçin.
    7. Sayısal entegrasyon yöntemi için, önceden kaydedilmiş kesitlere sahip gauss dörtgenini, ardından entegrasyon noktalarının sayısı = 32, standart sapma sayısı = 3.0 ve ikinci integral için standart sapma sayısı = 3.0'ı seçin.
    8. Üçlü kompleks iyonun kütlesi (u) otomatik olarak . GB5 metin dosyası, ardından çarpışma gazının kütlesi (argon için 39.948 ); iyon ışınının FWHM'si için 0,20 eV ve gaz sıcaklığı için 298,15 K varsayılanlarını kullanın. Program, ' den minimum ve maksimum kütle merkezi çarpışma enerjilerini otomatik olarak okur. GB5 metin dosyası; minimum enerji artışı için varsayılan değeri kullanın.
    9. Ölçekleme faktörü Sig0 için varsayılan değeri, tek tek ürün kanallarının ölçeklendirilmesine izin vermek için Hayır'ı ve N ve M için varsayılan değerleri kullanın. G(i) hesaplama yöntemi için, üçlü kompleksin [amb + M (II) + NTA]- içenerji dağılımını içeren durumların ro-titreşim yoğunluğu üzerinden entegre et'i seçin.
    10. Moleküler parametreleri girme seçeneklerinden, üçlü kompleksin PM6 titreşim ve dönme frekanslarıyla yapısal modelleme dosyası33'ü okumak için G girin. Cevap Evet soruya atomik reaktanlardan biri mi? Modelleme dosyasının konumunu ve adını yazın.
      NOT: Titreşim ve dönme frekanslarını girmek için diğer seçenekler, parametreleri bir metin dosyasından okuyacak olan okuma parametre dosyasını veya her parametrenin manuel olarak girilmesine izin veren sabitleri düzenleme/girmeyi içerir.
    11. NIST tarafından önerilen PM6 ölçekleme faktörünü (1,062) kullanarak frekansları ölçeklendirin. Ölçeklendirme hakkında daha fazla ayrıntı için, tartışmaya bakın ("titreşim frekansları için ölçeklendirme faktörleri"). Üçlü kompleksteki atom sayısı dosyadan okunur. Cevap Hayır, molekül doğrusal mıdır? Reaktanların açıklamasını girin (örneğin; H+Zn+NTA- + Ar).
    12. İyon üzerindeki yük için 1 ve argon gazı 39'un polarize edilebilirliği için 1.664 girin. İyon kütlesi ve hedefin kütlesi sırasıyla üçlü kompleks ve argon içindir ve otomatik olarak . GB5 metin dosyası. Harmonik titreşimler için 0 girin.
      NOT: Aşağıdaki seçenekler, yüksek veya düşük titreşim frekansları için farklı ölçekleme faktörleri seçmek içindir. Yüksek frekanslar için 1,062 ve düşük frekanslar için 0,0 girin (bkz. tartışma: titreşim frekansları için ölçekleme faktörleri). Ölçeklendirilmiş frekanslar gösterilir. Değişiklik Yok'u seçmek için 0'ı seçin.
    13. Adım 8.2.10'da girilen yapısal modelleme dosyası33'teki 1-B ve 2-B dönme sabitlerini okumak için Enter tuşuna basın. Engellenen rotor işlemleri için varsayılan 0 ve molekül simetrisi için 1 varsayılan değerlerini seçin.
      NOT: Program girilen verileri gösterir; Değişiklik Yok için Enter tuşuna basın.
    14. Reaktant sıcaklığı için varsayılan 300 K'yı seçin. Durum dizisinin yoğunluğunu azaltma yöntemi için Tümleştirme'yi seçin. Enerji dağılımını kesmek için Evet'i seçin. Dağıtım için maksimum enerji için 40000 cm−1, depo boyutu için 2,0 cm−1 ve enerji dağıtımındaki nokta sayısı için 32 girin.
      NOT: Enter 2x tuşuna basın ve kesilen 32 pt dizisinin popülasyon >0,9 olduğunu kontrol edin. 0,9 > ise, kutuları veya yoğuşma faktörünü değiştirmek için Hayır girin. 0,9 < Evet girin ve dağıtım ve/veya kutu boyutu için maksimum enerjiyi değiştirin.
    15. TCID/RRKM modeli parametreleri için Değişiklik için Evet'i seçin, sabit süre için 0 ve algılama penceresinin üst sınırı için 0,000050 s girin. Kullanılan cihaz için bu, iyonların transfer çarpışma hücresinden TOF dedektörüne seyahat etmek için geçen süredir ve Denklem 2 kullanılarak hesaplanır.
    16. Enerjilendirilmiş molekül için, daha önce girilmiş olan reaktanlardan değerleri kopyalamak üzere C girin. Kaynak geçiş durumu (TS) için −1, hedef TS için 0 ve devam etmek için P girin.
    17. Ürün kanalı 1 için, ayrıştırma kanalı seçeneklerinden tek geçiş durumu için 1'i ve sıralı ayrıştırma için hiçbiri için 0'ı seçin. Geçiş durumu türü için, yörüngede 1'i seçin.
    18. [amb+M(II)]- + NTA ürünlerinin PM6 dönme ve titreşim parametrelerini içeren modelleme programı dosyalarını okumak için G öğesini seçin. Hayır girin, çünkü PSL TS türlerinden biri atomik midir? [amb+M(II)]- dosyasının konumunu ve adını girin. Ölçek frekansları için 1.062 kullanın, atom sayısı için Enter tuşuna basın ve molekül doğrusal mı?
    19. NTA ürününün titreşim ve dönme frekanslarını içeren modelleme dosyasının konumunu ve adını girin. Ölçek frekansları için 1.062 kullanın, atom sayısı için Enter tuşuna basın ve molekül doğrusal mı? Yörüngedeki TS'nin açıklamasını girin, örneğin, H+Zn-... NTA.
    20. [amb+M(II)]-iyonunun yükü için 1 girin ve NTA'nın polarize edilebilirliğini (16.12 Å3) ve dipol momentini (4.6183 Debye) girin. Dönme sıcaklığı için 0 K ve yörüngedeki geçiş durumunun tedavisi için kilitli dipol seçin. [amb+M(II)]- iyonunun ve NTA'nın ortalama kütlelerini (u) girin.
    21. Harmonik titreşimler için 0 girin. Yüksek frekanslar için 1,062 ve düşük frekanslar için 0,0 girin. Ölçeklendirme sıklıkları hakkında daha fazla ayrıntı için tartışma bölümüne bakın; ölçeklendirilmiş frekanslar gösterilir. Değişiklik Yok'u seçmek için 0'ı seçin. Modelleme dosyalarından 1-B ve 2-B döndürme sabitlerini okumak için Enter tuşuna basın. Engellenmiş rotorlar için 0, molekül simetrisi için 1 ve reaksiyon dejenerasisi için 1 seçin. Değişiklik Yok seçeneğine girin.
    22. Ürün kanalı 2 için, tek geçiş durumu için 1'i, sıralı ayrışma için hiçbiri için 0'ı ve geçiş durumu türü için yörünge için 1'i seçin.
    23. [NTA+M(II)]- ve amb ürünleri için PM6 dönme ve titreşim parametrelerini içeren modelleme dosyalarında okumak için G'yi seçin. Hayır girin, çünkü PSL TS türlerinden biri atomik midir? [NTA+M(II)]- modelleme dosyasının konumunu ve adını yazın.
    24. Ölçek frekansları için 1.062 kullanın, atom sayısını okumak için Enter tuşuna basın ve molekül doğrusal mı? amb modelleme dosyasının konumunu ve adını yazın. Ölçek frekansları için 1.062 kullanın, atom sayısı için Enter tuşuna basın ve molekül doğrusal mı?
    25. Yörüngedeki TS'nin açıklamasını girin (örneğin, NTA+Zn-... H). [NTA + M (II)]- iyonunun yükü için 1.0 girin ve amb'nin polarize edilebilirliğini (Å3) ve dipol momentini (Debye) girin. dönme sıcaklığı için 0.0 K ve yörüngedeki geçiş durumunun tedavisi için kilitli dipol seçin. [NTA + M (II)] - ve amb ürünlerinin ortalama kütlelerini (u) girin.
      NOT: Çıktı dosyası amb'nin polarize edilebilirliğini ve dipol momentlerini içerir. Polarize edilebilirlik Bohr 3 birimlerindedir ve Å3 birimlerine dönüştürülmesi gerekir.
    26. Harmonik titreşimler için 0 girin. Yüksek frekanslar için 1,062 ve düşük frekanslar için 0 girin. Ölçekleme sıklıkları hakkında daha fazla ayrıntı için tartışmaya bakın. Ölçeklendirilmiş frekanslar gösterilir. Değişiklik Yok'u seçmek için 0'ı seçin. Modelleme dosyalarından 1-B ve 2-B döndürme sabitlerini okumak için Enter tuşuna basın. Engellenmiş rotorlar için 0, molekül simetrisi için 1 ve reaksiyon dejenerasisi için 1 seçin. Değişiklik Yok girin.
    27. Etkin olmayan 2-B rotasyonları işlemek için, istatistiksel açısal momentum dağılımı varsayılan seçeneklerini belirleyin ve J dağılımı üzerinden P(E,J) entegre edin. Tümleştirmedeki nokta sayısında varsayılan 32 değerini kullanın.
      NOT: Bu seçimler, toplam açısal momentum J seviyeleri16,17 üzerinden entegrasyon yöntemini seçer. Elde edilen çıktı, araştırmacının tüm girdilerin doğru olup olmadığını kontrol etmesini sağlar.
    28. Enerjilendirilmiş molekül seçeneğine göre aktivasyon enerjilerini seçin ve [amb+M(II)]- ürününün nispi yoğunluk ve kütle merkezi çarpışma enerjisi grafiğinde gözlemlenen eşik enerjiye yakın olan ürün kanalı 1 için göreceli enerjiyi (eV) girin (Şekil 4).
    29. Ürün kanalı 2 için, [NTA+M(II)]- ürününün yoğunluk ve kütle merkezi çarpışma enerjisi grafiğinde gözlemlenen eşik enerjiye yakın olan bağıl enerjiyi (eV) girin. Her ürün kanalının durum sayısını hesaplamak için 2,0 kutu boyutunu kullanın. Devam etmek için Enter tuşuna ve ardından Hayır'a basın.
    30. Model menüsünden, Verileri sığdırmak için parametreleri optimize et'i seçin ve sırasıyla veri sığdırmaya başlamak ve bitirmek için minimum enerjiyi ve maksimum enerjiyi girin.
      NOT: Her iki kanalın eşiklerini içeren küçük bir enerji aralığı kullanın. Daha fazla ayrıntı için tartışmaya bakın: seçilen TCID modelini deneysel verilere uydurmak için enerji aralığı.
    31. Deneysel standart sapmalar ağırlıklandırma modları için -1'i seçin. Verilere dayanarak, tipik olarak 0,01 ila 0,001 arasında kabul edilebilir minimum bir std. sapması seçin. Tek tek kanalların optimize edilmiş ölçeklendirilmesi için Hayır'ı ve yineleme sayısı için 0'ı seçin.
      NOT: Standart sapmaları kullanmaya bir alternatif istatistiksel seçenektir.
    32. E0 yakınsama sınırı için varsayılan değeri kullanın ve herhangi bir parametreyi bugünkü değerde tutmak için Hayır'ı seçin. Optimizasyon hatasını önlemek için alt ve üst sınırlar için 0,5 ve 2,0 eV girin ve türev değerlendirme yöntemi için merkezi sonlu farkı seçin. Sayısal kesinlik için varsayılan değeri kullanın ve türev adım boyutlarını değiştir için Hayır'ı seçin.
      NOT: Alternatif bir yöntem, herhangi bir parametreyi bugünkü değerinde tutmak için Evet'i seçmektir. Bu yöntem tartışmada daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır: parametrelerin optimizasyonu.
    33. Optimizasyon menüsünden, optimizasyonu başlat'ı seçin. CRUNCH programı, seçilen TCID modelini deneysel verilere göre optimize edecektir.
      NOT: Optimizasyon tatmin edici bir uyum bulamazsa, değişiklikler menüsünden, enerji aralığını eşiklerden yükselen ilk birkaç yoğunluğu kapsayacak şekilde değiştirmeyi deneyin. Makul bir uyum bulunduğunda, enerji aralığını artırın ve tekrar takın. Verilere uyumu bulmaya yardımcı olabilecek diğer seçenekler arasında, optimize edilmiş parametrelerde herhangi bir parametreyi bugünkü değerde tutmayı seçmek ve ağırlıklardaki ağırlıklandırma seçeneklerini değiştirmek sayılabilir. Bu seçenekler için tartışmaya bakın.
    34. Verilere uygun bir model bulunduğunda, Model menüsü görünene kadar Enter tuşuna basın. Deneysel verilerin enerji aralığının yalnızca bir kısmı TCID modeliyle donatılmışsa, modeli tüm deneysel çarpışma enerjilerine uyacak şekilde genişletmek için Modeli hesapla ve kıvrımlı hale getir'i seçin.
    35. Model menüsünde, Delta H ve S at T'yi seçin.
      NOT: Kıvrımsız CRUNCH modeli, 0 K eşik enerjilerini, üçlü kompleksin iki bağımsız ürün kanalına ayrışmasının 0 K entalpileri (ΔH0) ile ilişkilendirir (Tablo 2). Ayrışmanın 298 K entalpileri (ΔH 298) ve Gibbs serbest enerjileri (ΔG298) ayrıca reaktant ve PM6 dönme ve titreşim frekansları kullanılarak istatistiksel mekanik termal ve entropi düzeltmeleri ile türetilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

A ve H'nin [amb+M(II)+NTA]- üçlü komplekslerinin [amb+M(II)]- + NTA veya [NTA+M(II)]- + amb'ye rekabetçi çarpışma kaynaklı ayrışması Şekil 3'te gösterilmiştir. Amb ya A ya da H olarak gösterilir ve M = Zn veya Ni. [A + Zn (II) + NTA] - üçlü kompleksi (Şekil 3A), [A + Zn (II)] üretmek için yaklaşık 0.7 eV çarpışma enerjisi (CE) ve [NTA + Zn (II)] üretmek için yaklaşık 0.9 eV'lik görünür eşikler sergiler. [A+Ni(II)+NTA]- kompleksinin ayrışması (Şekil 3B), hem [NTA+Ni(II)]- hem de [A+Ni(II)]- ürünleri için benzer eşikler (~1.1 eV) sergilerken, [NTA+Ni(II)]- %90 bağıl yoğunluğa yükselirken, [A+Ni(II)]- yoğunlukları %18'in üzerine çıkmaz. [H+Zn(II)+NTA]- üçlü kompleksi (Şekil 3C) için ana ürün [H+Zn(II)]- yaklaşık 0,6 eV'lik bir eşikten yaklaşık %85 bağıl yoğunluğa yükselir ve 1,0 eV'nin üzerindeki enerjilerde [NTA+Zn(II)]- yaklaşık %30'a yükselir. Ayrıca [H-H2O+Zn(II)]-'den su kaybı için bir kanal vardır. [H+Ni(II)+NTA]- için (Şekil 3D), [H+Ni(II)]- yaklaşık 0,9 eV'lik bir eşikten yaklaşık %40 bağıl yoğunluğa yükselirken, [NTA+Ni(II)]- ~1,0 eV'den yaklaşık %80'e yükselir. Grafiklere dahil edilen, üçlü kompleksin% 50 ayrıştığı CE'dir. Ni (II) üçlü kompleksleri, Zn (II) üçlü kompleks muadillerinden% 50 ayrışmış olması için 0.31-0.37 eV daha yüksek CE gerektirir. Bu, Ni (II) komplekslerinin daha kararlı olduğunu ve ayrışması için daha yüksek CE gerektirdiğini ve TCID tekniği kullanılarak daha fazla araştırıldığını göstermektedir.

Şekil 4 , iki rakip ürün kanalının aynı anda takılmasına izin veren rekabetçi TCID yöntemini göstermektedir.

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

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

Potansiyel enerji yüzeyi (PES), rakip ürün kanallarına ayrışan enerjili üçlü kompleksi gösterir ve [ambH + Zn (II) + NTA] 'nın ayrışmasını modellemek için kullanılan PM6 geometrisi için optimize edilmiş türleri gösterir. PES'e dahil edilenler, üçlü kompleksin durumlarının yoğunluğu ve ürünlerin durumlarının toplamıdır. 0 K eşik enerjileri, E 1 ve E 2, reaksiyon 1 ve 2 için 0 K entalpi değişimine eşittir.

Şekil 5, bu çalışmada kullanılan geometri için optimize edilmiş diğer üç üçlü kompleksin yapılarını göstermektedir. Bu türler, tahmin edilen elektronik ve sıfır noktası enerjilerine ve IM-MS ölçülen çarpışma kesitleri (CCSHe) ile olan anlaşmalarına dayanarak seçildi. Tablo 1, üçlü kompleksler LJ CCSHe ve deneysel IM-MS CCSHe arasında bir anlaşma olduğunu göstermektedir, çünkü karşılıklı belirsizlikleri içinde hemfikirdirler. [amb + M (II)] ve amb'nin konformasyonları, önceki DFT modellememiz 3,4,5,6'nın bulgularına dayanıyordu. Bu PM6 konformerlerinin moleküler parametreleri, üçlü komplekslerin enerjiyle çözülmüş ayrışmalarının TCID modellemesinde, yoğunluklarını ve durumların toplamını hesaplamak için ro-titreşim frekansları da dahil olmak üzere kullanılmıştır.

Şekil 6, enerji çözümlü ürün yoğunluklarına uyan kıvrımlı CRUNCH TCID eşiğini göstermektedir. Kıvrımlı uyumlar, [amb + M (II) + NTA] - + Ar reaktanlarının mevcut enerjisini ve açısal momentum dağılımlarını içerir. Kıvrımsız uyumlar (gösterilmemiştir), üçlü kompleksin ayrışması için entalpilerdeki (Δ H 0) 0 K değişimini öngörmüştür ve Tablo 2, 1 ve 2 reaksiyonları için ΔH0 ve Δ H298'i (kJ / mol) göstermektedir. Zn (II) üçlü komplekslerinin ayrışması için, hem A hem de H, reaksiyon 2 için sırasıyla Δ H 0'dan 31 kJ / mol ve 15 kJ / mol daha düşük olan reaksiyon 1 için Δ H 0 sergiler, bu da hem A hem de H'nin NTA'dan daha fazla Zn (II) afinitesine sahip olduğunu gösterir. [A + Ni (II) + NTA] - üçlü kompleks, sırasıyla 1 ve 2 reaksiyonları için ΔH0 = 146 ve 148 kJ / mol sergiler, bu da A ve NTA'nın Ni (II) için benzer afinitelere sahip olduğunu gösterir. Bununla birlikte, [H + Ni (II) + NTA] - 'nın ayrışması, reaksiyon 1 için Δ H 0'ın reaksiyon 2'den 36 kJ / mol daha düşük olduğunu gösterir, bu da H'nin NTA'dan daha büyük bir Ni (II) afinitesine sahip olduğunu gösterir. Genel olarak, [amb + Ni (II) + NTA] - kompleksleri, [amb + Zn (II) + NTA]- muadillerinden daha yüksek ayrışma entalpileri sergiler, ancak [NTA + Ni (II)]- 'ye ayrışan A hariç. Tablo 3, ilişkinin Gibbs serbest enerjilerini (ΔG298) ve ters reaksiyonlar için oluşum sabitlerini (K) göstermektedir:

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

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

Tablo 3 , Ni(II) üçlü komplekslerinin oluşumunun daha eforgonik olduğunu ve her durumda Zn(II) komplekslerinden daha büyük oluşum sabitleri K sergilediğini göstermektedir. Reaksiyon 4 (yani, NTA metal iyon kompleksi ile amb etiketi ilişkisi), IMAC sütunu içindeki NTA-immobilize metal iyonuna bağlanan amb etiketli rekombinant proteini temsil ettiği için özellikle ilgi çekicidir. [ambA+Ni(II)+NTA] oluşumu için reaksiyon 4, en spontan ΔG298 = 53.1 kJ/mol ve en yüksek oluşum sabiti olan K = 2.01 x 109'u sergiler.

Figure 1
Şekil 1: ES-IM-MS TCID yöntemine genel bakış. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Amb A ve H peptitlerinin birincil yapıları. Renk, potansiyel metal bağlama bölgelerini vurgular. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: [amb+M(II)+NTA]-'nın kütle merkezi, enerji çözümlü (eV) eşik çarpışma kaynaklı ayrışması. Ürün iyonlarının [amb+M(II)]- [NTA+M(II)]- ve [amb-H2O+Zn(II)]- enerji bağımlılığı gösterilmiştir. [amb + M (II) + NTA] - üçlü kompleksinin% 50 ayrışmasının olduğu kütle merkezi çarpışma enerjisi, grafiklere dahil edilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Enerji çözümlü TCID yönteminin modeli. [amb H+Zn(II)+NTA]- + argon arasındaki çarpışmalar, [ambH+Zn(II)]- + NTA veya [NTA+Zn(II)]- + ambH ürünlerine ayrışmaya neden olur. Eşik enerjiler E 1 ve E2, sırasıyla [amb H+Zn(II)+NTA]- → [amb H+Zn(II)]- + NTA veya [amb H+Zn(II)+NTA]- → [NTA+Zn(II)]- + amb H reaksiyonları için 0 K ayrışma entalpine (Δ H 0) eşittir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Resim 5: PM6 geometrisi için optimize edilmiş üçlü [amb+M(II)+NTA]- A ve H kompleksleri. Deneysel verilerin TCID modellemesinde kullanılan uygunlaştırıcılar. Bu uyumlulaştırıcılar, PM6 elektronik enerjilerini ve LJ çarpışma kesitlerinin (CCS He) IM-MS ile karşılaştırıldığındaCCS He'yi nasıl ölçtüğünü karşılaştırarak diğer aday yapılardan seçildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: [amb+M(II)+NTA]-'nın enerji çözümlü, çarpışma kaynaklı ayrışması. A ve H türleri için, [amb+M(II)]- ve [NTA+M(II)]- ürün iyonları ile kıvrımlı CRUNCH eşik uyumları gösterilmiştir. Gösterilen enerji (eV) değerleri, [amb+M(II)+NTA]- → [amb+M(II)]- + NTA veya [amb+M(II)+NTA]- → [NTA+M(II)]- + amb reaksiyonları için 0 K'da ayrışma entalpileri dir.

Figure 7
Şekil 7: CRUNCH metin giriş dosyasının biçimi. Dosya, kütle merkezi çarpışma enerjisinin bir fonksiyonu olarak oluşturulan ürün iyonlarının ortalama göreceli yoğunluklarını ve standart sapmalarını içerir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Amb [amb+Zn(II)+NTA] - [amb+Ni(II)+NTA] -
PM6 Serisi Exp.a PM6 Serisi Exp.a
A 214±2 214 219±2 218
H 211±5 216 212±3 215
a ES-IM-MS CCSÖlçümlerinin ±4 Å2 belirsizlikleri vardır.

Tablo 1: [amb+M(II)+NTA]-'nın PM6 konformerlerinin LJ çarpışma kesitlerinin karşılaştırılması. PM6 konformerlerinin teorik kesitleri, ES-IM-MSile ölçtüğü deneysel CCS ile karşılaştırılmıştır.

[amb+Zn(II)+NTA] - → [amb+Ni(II)+NTA] - →
[amb+Zn(II)] - + NTA [NTA+Zn(II)] - + amb [amb+Ni(II)] - + NTA [NTA+Ni(II)] - + amb
Amb 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
 

Tablo 2: TCID analizlerinden elde edilen termokimyasal sonuçlar. Enerjiye bağımlı reaksiyonlar [amb + M (II) + NTA]- → [amb + M (II)]- + NTA veya [amb + M (II) + NTA]- → [NTA + M (II)]- + amb, kıvrımsız TCID modelinden türetilen 0 K ayrışma entalpileri (Δ H 0) ve Δ H 0'dan türetilen 298 K ayrışma entalpileri (ΔH298) ve PM6 dönme ve titreşim frekanslarını kullanarak istatistiksel mekanik termal düzeltmeleri gösterir. Değerler kJ/mol cinsinden verilmiştir.

[amb+Zn(II)] - + NTA → [NTA+Zn(II)] - + amb → [amb+Ni(II)] - + NTA → [NTA+Ni(II)] - + amb →
[amb+Zn(II)+NTA] - [amb+Zn(II)+NTA] - [amb+Ni(II)+NTA] - [amb+Ni(II)+NTA] -
Amb ΔG298 · K ΔG298 · K ΔG298 · K ΔG298 · K
A -34.0 9,05 x 105 -21.8 6,59 x 103 -45.7 1,01 x 108 -53.1 2,01 x 109
H -29.3 1,36 x 105 -30.2 1,95 x 105 -47.0 1,71 x 108 -31.1 2,81 x 105
 

Tablo 3: Gibbs serbest birleşme enerjileri (ΔG298) ve denge oluşum sabitleri (K). Ters reaksiyonlar için 298 K'da Δ G 298 ve K [amb + M (II)- + NTA → [amb + M (II) + NTA] - ve [NTA + M (II)] - + amb → [amb + M (II) + NTA]-. ΔH298 ve PM6 dönme ve titreşim frekanslarını kullanan istatistiksel mekanik entropi hesaplamalarından türetilmiştir. ΔG298 değerleri kJ/mol cinsindendir.

Ek Dosya. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kritik adımlar
ES-IM-MS eşik çarpışma kaynaklı ayrışma (TCID) analizleri. TCID, transfer T-dalgası hücresini, çarpışma hücresi olarak argon varlığında kullandı. Ayrışmadan önce, öncü iyonlar, iyon hareketliliği (IM) hücresinden geçerken azot gazı ile düşük enerjili çarpışmalarla termalize edilir. Bu, tuzağın çarpışma hücresi 6,40 olarak kullanılmasıyla elde edilenden daha tekrarlanabilir bir enerji çözümlenmiş TCID ile sonuçlanır. Ayrışmadan önce [amb + M (II) + NTA] - 'nın termalizasyonu, üçlü kompleksin mevcut iç enerjisinin 298 K sıcaklık kullanılarak karakterize edilmesini sağlar. Transfer hücresindeki ayrışma aynı zamanda üçlü kompleksin ve onun ürün iyonlarının dedektörde aynı ortalama varış sürelerine sahip olduğu anlamına gelir; bu, yalnızca transfer hücresinde meydana gelen üçlü kompleksin ayrışmasını tanımlamak için kullanışlıdır. Ayrışmanın meydana gelebileceği diğer bölgeler ES kaynağıdır (örnekleme konisi bunu önlemek için 25 V'ta tutulur) veya IM hücresinin girişindedir. Bu bölgelerdeki üçlü kompleksin ayrışmasıyla üretilen ürün iyonları, transfer hücresinde üretilenlerden farklı sürüklenme sürelerine sahiptir, çünkü ürün iyonları IM hücresindeki üçlü kompleksten ayrılır. Bu ürün iyonları analizin dışında bırakıldı. Bu protokolde, yoğunluklarını belirlemek için yalnızca öncü ve birlikte hizalanmış ürün iyonları için entegre varış zamanı dağılımları kullanılır. Tuzak yanlılığı ayarı, IM hücresine enjeksiyon voltajını kontrol eden ve IM hücresinin girişindeki CID'ye katkıda bulunan voltajdır. Tuzak yanlılığı 14 V'a ayarlandı, bu da genel yoğunlukları aşırı derecede etkilemeden arka plan ayrışmasını minimumda tuttu. Önceki bir çalışma41, lösin enkefalinin peptid dimerinin etkili sıcaklığını (üst sınır) IM hücresinin girişinde 449 K olarak belirlemiştir. Bununla birlikte, dimer IM hücresinden aşağı geçtikçe etkili sıcaklık hızla azaldı. Burada incelenen amb komplekslerinin varış zamanları, IM hücresinden geçerken termalize olduklarını gösteren Gauss dağılımlarını sergiledi.

ES-IM-MS çarpışma kesitleri (CCS) analizleri. CCS sürüklenme süreleri, azotla çarpışmalar sonucu deneysel olarak bulunmuştur. Bu değerler, bilinen standartların kalibrasyon eğrisi kullanılarak helyum türevi CCS sürüklenme sürelerine dönüştürüldü. PM6 konfornerlerinin CCS'sini ölçmek için kullanılan programlar daha yaygın olarak kullanılan helyum standartlarını gerektirdiğinden bu çok önemlidir.

Tekniğin modifikasyonları ve sorun giderme
CRUNCH giriş metin dosyası biçimi. CRUNCH programına uygun giriş metin dosyası Şekil 7'de gösterilmiştir. Yukarıdan aşağıya doğru sıralanan başlıklar dosya konumu ve CRUNCH sürümüdür; tarih; enerji sayısı; ilk enerjiler sütunu hariç veri serilerinin sayısı; kaynak dosya; öncü kompleksin kütlesi; argon kütlesi; deney sıcaklığı; yaratılış tarihi; x-verisi −1 (kütle merkezi çarpışma enerjileri) olarak adlandırılır; ve iyon ışınının maksimum yarısında (FWHM) tam genişlik. Bu değerler her TCID denemesi için değiştirilmelidir. İyon ışınının FWHM enerji yayılımı ve enerji sıfırı, CE'yi düşük voltajlarla tarayarak ve toplam iyon akımını izleyerek potansiyel analizi (RPA) geciktirerek belirlenmelidir. Bununla birlikte, mevcut çalışmada IM'nin çalışma koşulları altında, iyon akımı sinyali, transfer CE en düşük değerine ayarlandığında sadece% 50 oranında azalmıştır. İyon ışını enerjisi sıfır ve FWHM, çıkış IM lensini indirerek yalnızca ek gecikme üzerine ölçülebilir. Bu ikinci durumda, RPA eğrisinin türevinin FWHM'si, laboratuvar çerçevesinde 1.5 V veya kütle merkezi çerçeve13'te 0.035 eV'luk tipik bir iyon enerjisi yayılımı verdi.

Basınç sırası, çarpışma hücresinin içindeki basınçla ilgilidir, ancak burada kullanılmaz. Çarpışma hücresindeki argon basınçları değiştirilebilir ve TCID verileri, tek çarpışma koşullarına tahmin etmek için üç basınçta ölçülebilir. Bununla birlikte, bu çalışmada sadece bir basınç kullanılmıştır ve basınç çoklu çarpışmalarla sonuçlanır. Tek bir çarpışma için yeni platformun geliştirilmesi, devam eden bir araştırma alanıdır. Kütleler, yoğunlukları aşağıdaki sütunlarda bulunan iki ürün iyonu ile ilgilidir. Konutlar varsayılan olarak bırakılabilir. Beş sütun, kütle merkezi çarpışma enerjileridir (-1 olarak adlandırılır); 898.30 u kütleli türlerin iyon yoğunluklarının ortalaması; türlerin iyon yoğunluklarının standart sapmaları 898.30 u; 253.53 u kütleli türlerin iyon yoğunluklarının ortalaması; ve türlerin iyon yoğunluklarının standart sapmaları 253.53 u.

Moleküler Modelleme
Konformer sayısı başlangıçta önceki çalışmalardan türetilen modeller kullanılarak daraltıldı 9,10,11,12,13. CRUNCH montajı, doğru eşik enerjileri elde etmek için reaktanların, aktif moleküllerin ve geçiş durumlarının dikkatli bir şekilde taranmasını gerektirir. Önceki araştırma 9,10,11,12,13, burada CRUNCH modellemesinde kullanılan parametrelere sahip yapıları elde etmek için [amb + M (II)] uyumlulaştırıcılarının kapsamlı bir şekilde taranmasını içermektedir. Sadece trans peptid bağları olan kompleksler kullanıldı, çünkü sadece IM-MS ölçülen CCSHe10 ile aynı fikirdeler. B3LYP ve PM6 moleküler modelleme yöntemlerinin her ikisi de Aa 1-Cys 2-Cys7 ve Zn (II) veya Ni (II) 10,11,12,13'ün karboksilat terminus koordinasyonunu sergileyen en düşük enerjiyi [amb + M (II)] - konvertörü tahmin eder. Bilinen modellerin davranışlarına aşinalık, [amb + M (II) + NTA] 'nın yeni uyumlularının daha verimli bir şekilde belirlenmesini sağlamıştır. Konformer belirlemeye yardımcı olmak için, PM6 yöntemiyle daha düşük enerjili konformatörler bulunduğundan, filtrelendiler ve en uygulanabilir, en düşük enerji konformatörleri kalana kadar sistematik olarak yeniden değerlendirildiler.

CRUNCH modelleme
Ayrışmayı gözlemlemek için zaman penceresi. Bu çalışmada, transfer hücresinin başlangıcından çok kanallı plaka dedektörünün konumlandırıldığı TOF analizörünün sonuna kadar olan 50 μs zaman aralığı kullanılmıştır. Transfer hücresindeki aktivasyon ile TOF kütle analizörüne giriş arasındaki deneysel zaman penceresini kullanmak daha iyi olabilir, çünkü aktive olan iyon reflektron TOF'taki süresi boyunca ayrışırsa, bu metastabil bozunma farklı bir m / z'de ölçülecektir. Bununla birlikte, bu çalışmada, kütle spektrumlarında gözlenen ürün iyonlarının tümü, Şekil 3'te gösterilen modifiye edilmemiş m / z türleri olarak tanımlanmıştır. Bu, metastabil bozunmanın bir sorun olmadığını gösterir. Daha ileri araştırmalar, yüksek eşikli bilinen bir reaksiyonu inceleyerek ve 50 μs zaman penceresi ve RRKM modellemesi kullanılarak doğru eşik enerjisinin elde edildiğini kontrol ederek bunu araştırabilir.

Titreşim frekansları için ölçekleme faktörleri. PM6 (1.062) titreşim frekansları için NIST tarafından önerilen ölçekleme faktörleri kullanıldı. Bunlar [A+Zn(II)+NTA]-, [A+Ni(II)+NTA]- ve [H+Zn(II)+NTA]- verilerini sığdırmak için tatmin ediciydi. Yüksek enerji kanalının entropik olarak düşük enerji kanalına tercih edildiği bazı durumlarda, ikinci kanalın frekanslarını ek olarak ölçeklendirmek gerekebilir. Bir yaklaşım, frekansları gevşetmek ve TS'yi entropik olarak daha tercih edilir hale getirmek için frekansları 900 cm−1'in altında ölçeklendirmektir (bunlar en az doğru olduğu için).

Parametrelerin optimizasyonu. Herhangi bir parametreyi bugünkü değerde tutmak için Evet seçeneğini kullanmak, verileri başarıyla sığdırmak için yararlı olabilir. İlk uyum için E 0(2) tutulur ve CONST, E0 (1) ve N değişkenleri optimize edilerek TCID modeli verilere takılır. İyi bir uyum bulunduğunda, parametreler seçeneği ve Herhangi bir parametreyi bugünkü değerde tut seçeneği, E 0 (1) ve N'yi tutmak için kullanılabilir ve E0 (2) 'nin verileri optimize etmesine izin verir. Son olarak, E 0(2) optimize edildikten sonra, parametreler seçeneğinde, CONST, E0 (1), E0 (2) ve N dört parametresinin tümünün verileri optimize etmesine izin verilmelidir.

Seçilen TCID modelini deneysel verilere uydurmak için enerji aralığı. Deneysel verilere uymak için kullanılan enerji aralığı, eşik bölgesinde iyi bir uyum sağlarken deneysel yoğunluk verilerinin mümkün olduğunca çoğunu yeniden üretmelidir. TCID modelini deneysel verilerin eşiklerinde küçük bir enerji aralığına sığdırarak başlayabilirsiniz. Kişi, yükselen yoğunluk eşiği davranışından hemen önce arka plan yoğunluğunu sergileyen bir başlangıç enerjisi seçebilir. TCID uyumu deneysel veri aralığına optimize edildikten sonra, aralık 0,1 eV artırılmalı ve uyum tekrar optimize edilmelidir. Bu yordam, eşik bölgesinin uyumu korunurken veri aralığının mümkün olduğunca çoğuna sığacak şekilde tekrarlanmalıdır.

Termokimyasal Analizler. Delta H ve S at T seçeneğinden elde edilen termokimyasal sonuçlar, TCID model uyumunun standart sapmasını tahmin etmek için verilere uyan bir dizi farklı enerji aralığı ile karşılaştırılmalıdır. Karşılaştırılacak uyumlar, ilk yükselen eşik yoğunluklarına, daha yüksek enerjileri de içeren daha büyük aralıklara sahip olanlarla iyi uyan daha küçük aralıkları içermelidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgments

Bu materyal, 1764436 kapsamında Ulusal Bilim Vakfı, NSF REU programı (CHE-1659852), NSF enstrüman desteği (MRI-0821247), Başarı için Fizik ve Astronomi Bursu (PASS) NSF projesi (1643567), Welch Vakfı (T-0014) ve Enerji Bakanlığı (TX-W-20090427-0004-50) ve L3 İletişim'den bilgi işlem kaynakları tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır. Yazarlar, CRUNCH programını paylaştıkları ve PBA'dan uyum konusunda tavsiyelerde bulundukları için Kent M. Ervin'e (Nevada Üniversitesi - Reno) ve Peter B. Armentrout'a (Utah Üniversitesi) teşekkür eder. Yazarlar, Michael T. Bower'ın Kaliforniya Üniversitesi - Santa Barbara'daki grubuna Sigma programını paylaştıkları için teşekkür ediyor.

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

Kimya Sayı 184
İyon Hareketliliği-Kütle Spektrometrisi Kullanılarak Ni(II) ve Zn(II) Üçlü Komplekslerinin Termokimyasal Çalışmaları
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