离子迁移质谱是一个新兴的技术,分离离子气相,他们的碰撞截面和质量的基础上。该方法提供了对整体的拓扑结构和蛋白质复合物的形状的三维信息。在这里,我们勾勒出一个仪器设置和优化,校准漂移的时间,和数据解释的基本程序。
离子淌度(IM)是一种方法,措施离子穿过一个微弱的电场的影响下加压细胞所需的时间。离子穿过漂移区的速度,这取决于它们的大小:大离子的经验与背景的惰性气体( 通常 N 2)将更多的碰撞,从而比那些包括一个较小的的离子穿过的IM设备更慢的横截面。在一般情况下,的时间,需要的离子迁移,虽然稠密气体相分离,根据他们的碰撞截面(Ω)。
近日,IM法加上质谱和一个行波(T波)SYNAPT离子迁移质谱仪(IM - MS)被释放。离子迁移质谱相结合,使样品分离和定义一个额外的维度,产生一个三维频谱(质量负责,强度和漂移时间)。此分离技术使光谱重叠,以减少,质量非常相似,或质荷比,但不同的漂移时间,使异构配合物的决议。此外,漂移时间的测量提供了一个重要的结构信息层,Ω是与离子的整体形状和拓扑。定义截面1校准蛋白质产生的校正曲线计算测得的漂移时间值和Ω之间的相关性。
的IM - MS方法的力量在于它能够定义亚基在微摩尔浓度的蛋白质集会的包装和整体造型, 近生理条件1。几个最近2,3个人的蛋白质和非共价键蛋白质复合物 4-9 IM的研究,成功地证明,蛋白质的四级结构是保持在气相,并强调这种方法的潜力,在未知的几何形状的蛋白质集会的研究。在这里,我们提供的IMS - MS分析的蛋白复合物使用的SYNAPT(四极离子迁移的飞行时间)HDMS仪器(沃特公司;目前唯一的商业IM - MS仪器)详细的说明10。我们描述的基本优化步骤,碰撞截面校准,数据处理和解释方法。该协议的最后一步讨论理论Ω值计算的方法。总体而言,该协议并不试图掩盖IM - MS的表征蛋白质装配的每一个方面,而是它的目标是引进在该领域的新的研究方法的实际问题。
我们所描述的过程,仅仅着眼于IM - MS的蛋白质复合物的分析。因此,我们建议,样品制备步骤,仪器校准和MS串联质谱Kirshenbaum 等人所描述的优化程序的结构MS领域不熟悉的研究人员是指2009年https://www.jove.com/index/details。 STP?ID = 1954年。在一般情况下,此协议涉及到复杂的微摩尔浓度低挥发性缓冲区,如醋酸铵(0.005 - 1米,PH值6-8)(1-20μM)。鉴于1-2μL每纳流毛细管消耗,我们建议10-20μL作为体积最小,使MS条件的优化。
第1部分:收购离子迁移质谱谱
为m / z | 停留时间(%) | 斜坡(%) |
960 | 10 | 20 |
3200 | 30 | 40 |
10667 |
来源 | 陷阱 | IMS的 | 转让 | |
射频偏移 | 450 | 380 | 380 | 380 |
RF增益 | 0 | 0 | 0 | 0 |
射频限制 | 450 | 380 | 380 | 380 |
第2部分:筛选实验条件,以确保原生结构的流动性测量
为了实现高度解决的质谱峰,蛋白质复合物往往是激活内质谱仪,以促进残留的水和缓冲组件 11剥离。但是,如果活化能为超出阈值的增加,部分展开可以诱导形成多个中间状态 12,这是不太可能对应到原生状态的解决方案结构(图3A - C )。因此,漂移时间高峰期可能会转移和扩大,反映展开结构的异构人口。
为了获得与解决方案相结构一致的漂移时间的数据,它必须小心地控制电压,用于加速离子之前的IM分离。此外,高质谱分辨率最好是增加而不是陷阱电压传输。由于IM设备定位,第一,其次是转移区域和飞行时间分析仪,因此,激活如下IM测量和离子不受影响,而MS的精度可以提高。
为了验证数据采集,保持天然结构复杂的条件下进行,这是建议,数据是通过一系列的实验和解决方案的条件,而不是根据一个单一的,优化的参数设置记录:
第3部分:漂移时间值和截面积之间的关联
与传统IM测量,测量的漂移时间值线性相关Ω不同的是,在T波的IMS系统,截面积是指由校准方法。因此,而不是绝对测量,测量漂移倍和1,13Ω之间产生一个相对指数的相关性:
T D测量的漂移时间, 和X是可以从校准曲线中提取的比例常数。校准执行通过测量与已知的Ω(从传统的IM实验测量)的离子漂移时间。
第4部分:定义漂移时间值
所需的软件:MassLynx和Driftscope(水域)。
第5部分:代表结果
图1。 SYNAPT HDMS表明IMS的MS收购的主要可调参数的仪器的示意图。根据他们在仪器内的地位,用于IM - MS测量的实验参数标记。离子束被染成红色,并在每个区域的压力是指定使用颜色代码。在底部的面板说明电位梯度沿仪器和定义的陷阱和转让碰撞能量以及偏置潜力的潜在差异。所有的潜能读背上被引用的静态偏置电压,通常是设置为120V。
图2。离子迁移到达时间分布的Gβυ蛋白。
A.高T波的速度导致的漂移时间剖面分布窄。该图说明了到达时间分布 16 +(红色),15 +(绿色),14 +(蓝色),13 +(洋红色)充电状态,以及作为总的漂移时间剖面的Gβυ蛋白(黑色) 。
B.优化的漂移时间与平稳的高斯峰形谱。 在类似的彩色标签。
C. A“翻车”的效应,即当离子采取遍历的流动性细胞的时间是比注射新的离子进入设备的数据包之间的间隔慢。因此,扩展的漂移时间高峰将出现在频谱开始。可以消除这种效应,通过增加T波的高度,并减少T波的速度和IMS的压力。
D.人为的“涟漪”时引起的T波传输的速度和推杆频率部分同步。通过调整推进的频率或转让T波的速度,这种效果是可以克服的。
图3。离子激活和IM - MS的血红蛋白光谱部分变性条件的影响 。漂移与时间的m / z为四聚体血红蛋白复杂的剧情,使用10 mM醋酸铵水溶液(pH值= 7.6)(A, C)此外,0.1%醋酸(二)。使用陷阱13 V(A,B)碰撞能量电压35 V,(c)虽然在所有三个小组质谱(预计在顶部)4000 m / z为一四聚的电荷为中心的系列,看起来类似,所获得的数据漂移时间剖面(双方预计)是不同的(总漂移时间分布在黑色,16 +配置文件)在红。漂移时间较长的部分变性样品,在B中获得的,并激活气相离子,在C获得,表明某种程度的开展。这一观察结果说明,即使测得的质量相当于一个完整的复杂,其解决方案的结构被打乱。因此,需要小心控制实验条件。
图4。通过生成校准曲线,漂移时间的测量和相关碰撞截面可以。
A.马细胞色素 C(圆圈),马 心脏肌红蛋白(三角形)和牛的泛素(正方形)多电荷态测量漂移时间值对文学Ω离子充电状态和减少群众的修正值绘制。适合产生相应的线性函数:LN(ΩC)= XLN(T D')+ A所确定的指数因子(X)符合确定的常数(a),相关系数都积在350米/秒的T波的速度,和一个静态波高11诉B采集到的数据显示。获得连续10个标定实验的相关系数分布的直方图。
蛋白质样品/技术参数 | GluFibrino - 肽 单体 1.6 kDa的 | 肌红蛋白 单体 17 kDa的 | 血红蛋白 四聚体 67 kDa的 | 转 单体 80 kDa的 | GroEL的 14夏季 801 kDa的 |
备份的压力,毫巴 | 4.4 | 5.0 | 5.1 | 5.1 | 6.5 |
陷阱的压力,毫巴 | 1.6x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.6x10 -2 | 2.8x10 -2 |
IMS的压力,毫巴 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.2x10 -1 |
采样锥电压,V | 46 | 80 | 80 | 80 | 118 |
提取锥电压,V | 1.7 | 1 | 1 | 1 | 3 |
偏置电压,V | 20 | 20 | 25 | 25 | 50 |
陷阱碰撞能量,V | 20 | 15 | 15 | 15 | 80 |
转移碰撞能量,V | 5 | 12 | 12 | 12 | 15 |
表1:用于分析大分子的实验条件。
标准蛋白 | 分子质量(M) | 收费(Z) | 为m / z | 碰撞截面(2) |
细胞色素C | 12213 | 10 | 1222.3 | 2226 |
11 | 1111.3 | 2303 | ||
12 | 1018.8 | 2335 | ||
13 | 940.5 | 2391 | ||
14 | 873.4 | 2473 | ||
15 | 815.2 | 2579 | ||
16 | 764.3 | 2679 | ||
17 | 719.4 | 2723 | ||
18 | 679.5 | 2766 | ||
肌红蛋白 | 16952 | 11 | 1542.1 | 2942 |
12 | 1413.7 | 3044 | ||
13 | 1305.0 | 3136 | ||
14 | 1211.9 | 3143 | ||
15 | 1131.1 | 3230 | ||
16 | 1060.5 | 3313 | ||
17 | 998.2 | 3384 | ||
18 | 942.8 | 3489 | ||
19 | 893.2 | 3570 | ||
20 | 848.6 | 3682 | ||
21 | 808.2 | 3792 | ||
22 | 771.6 | 3815 | ||
泛 | 8565 | 8 | 1071.6 | 1442 |
8 | 1071.6 | 1622 | ||
9 | 952.7 | 1649 | ||
10 | 857.5 | 1732 | ||
11 | 779.6 | 1802 |
表2。校准蛋白质和他们的碰撞截面,通过传统的 IMS measurments 14测定值。
设备 | 公司 | 目录编号 |
SYNAPT HDMS - 32K RF发生器 | 沃特世公司 | |
P - 97烈焰红唇 - 布朗微量拉马 | 萨特仪器 | P - 97 |
溅射镀膜机 | 电子显微镜科学 | EMS550 |
双目显微镜 | 尼康 | |
试剂 | 公司 | 目录编号 |
醋酸铵 | Sigma - Aldrich公司 | 西格玛,A2706 |
CSI 99.999% | Sigma - Aldrich公司 | Aldrich公司,203033 |
甲醇 | Sigma - Aldrich公司 | Fluka公司,34966 |
醋酸 | Fisher Scientific则 | AC12404 |
马肌红蛋白(马心) | Sigma - Aldrich公司 | M1882 |
马细胞色素C(马心) | Sigma - Aldrich公司 | C - 2506 |
牛泛素(红细胞) | Sigma - Aldrich公司 | U6253 |
血红蛋白 | Sigma - Aldrich公司 | H2625 |
燃气 | 评论 | |
氮气,纯度达到99.999% | 8立方米缸 | |
氩气,99.999%的纯 | 8.8立方米meterscylinder |
表3。试剂和仪器。
这里所描述的协议使定义一个未知的三维结构的蛋白质或蛋白质复合物的碰撞截面,其整体造型,包装亚基和拓扑提供信息的目的。为此,一旦碰撞截面值描述有必要将这些值转换结构的细节。这个过程,需要额外的实验努力,以及计算分析,下面简要讨论。
首先,它是建议进行分析与已知结构的蛋白质或蛋白质复合物。这些测量数据可以提供一个有用的质量控制的方法,将使比较Ω理论和测量值的采集参数的精度评估。可以计算出晶体结构的理论截面领域坐标使用MOBCAL 15,16软件,它是一个开放源码的FORTRAN为基础的软件,根据运营商需要允许代码编辑。运行这样的计算,它是需要修改的方案等,每输入结构进行迭代计算的数量增加,并含有大量原子的坐标文件被接受1。
IM - MS的战略定义拓扑安排在多元集会亚基最近已建议4,6。该方法涉及的蛋白质装配的分解途径,以更小的元件监测。这种分解是通过调整控制的解决方案相条件下,这就会引起subcomplexes的“积木”的集会反射分布。完整复杂和拆卸产品的Ω值同时测量计算的蛋白质复合物的拓扑模型,然后使用生成的结构限制。这种方法的基本假设是产生subcomplexes保留自己的母语一样确认,而事实上最近的研究表明,维护和拆装产品的解决方案的结构是没有任何一个解决方案或气体阶段的主要重排发生4,6。
气相蛋白复合物离子的四级结构的分配中的最后一步是计算机生成的模型拟合的碰撞截面值。建模方法,以探讨亚基不同的可能的拓扑安排和他们在硅片 Ω值的计算和比较实验。目前只有少数的计算方法是,像spheretype粗粒度的方法,直径接近亚基1,8。整体而言,这一领域仍然是在它的早期,并进一步发展的需要,使这种方法是通用的,适用于广泛的复合物。
作者要感谢他们的严格审查,并为他们贡献的手稿沙龙组的成员。我们Morasha和Bikura方案,以色列科学基金会(批准号:1823至1807年和378/08),约瑟夫科恩密涅瓦生物膜研究中心,翟氏父子家庭研究员新科学家计划,亚伯拉罕的支持表示感谢索尼娅Rochlin基金会,欧胜家庭慈善信托基金的海伦和米尔顿答Kimmelman中心生物分子结构及组装;什洛莫和萨宾Beirzwinsky房地产; Meil德波顿Aynsley,和Karen暹粒,英国。
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