JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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.

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.
       figure-protocol-13894(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  = tAfigure-protocol-14436 (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.

النتائج

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 ?...

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 أك?...

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ أي تضارب في المصالح للإفصاح عنهما.

Acknowledgements

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

NameCompanyCatalog NumberComments
Acetonitrile HPLC-gradeFisher Scientific (www.Fishersci.com)A998SK-4
Alternative metal binding (amb) peptidesPepmicCo (www.pepmic.com)designed peptides were synthized by order
Ammonium acetate (ultrapure)VWR97061-014
Ammonium hydroxide (trace metal grade)Fisher Scientific (www.Fishersci.com)A512-P500
Driftscope 2.1 software programWaters (www.waters.com)software analysis program
Gaussian 09GaussianElectronic Structure Modeling Software
GaussViewGaussianGraphical Interface to Visualize Computations
Glacial acetic acid (Optima grade)Fisher Scientific (www.Fishersci.com)A465-250
Ion-scaled Lennard-Jones (LJ) methodSigmaMichael T. Bowers’ group of University of California at Santa Barbara
MassLynx 4.1Waters (www.waters.com)software analysis program
Microcentrifuge TubesVWR87003-2941.7 mL, polypropylene
Microcentrifuge TubesVWR87003-2982.0 mL, polypropylene
Ni(II) nitrate hexahydrate (99% purity)Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)A15540
Poly-DL-alanineSigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)P9003-25MG
Waters Synapt G1 HDMSWaters (www.waters.com) quadrupole - ion mobility- time-of-flight mass spectrometer
Zn(II) nitrate hexahydrate (99%+ purity)Alfa Aesar (www.alfa.com)12313

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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

184

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved