De movilidad de iones-espectrometría de masas es una emergente tecnología de fase gaseosa, que separa los iones, sobre la base de su colisión sección transversal y la masa. El método proporciona información en tres dimensiones de la topología general y la forma de complejos de proteínas. Aquí, se describe un procedimiento básico para elaborar un instrumento normativo y la optimización, la calibración de los tiempos de desplazamiento, y la interpretación de los datos.
De movilidad de iones (IM) es un método que mide el tiempo que tarda un ion de viajar a través de una célula de presión bajo la influencia de un campo eléctrico débil. La velocidad a la que los iones atraviesan la región de la deriva depende de su tamaño: los iones de gran experimentará un mayor número de colisiones con el gas inerte de fondo (por lo general N 2) y por lo tanto viajan más lentamente a través del dispositivo de mensajería instantánea que los iones que forman una pequeña sección transversal. En general, el tiempo necesario para que los iones a emigrar cuando la fase de gas denso que los separa, de acuerdo a la colisión de la sección transversal (Ω).
Recientemente, la espectrometría de IM fue acoplada a espectrometría de masas y una de onda (la onda T) SYNAPT de movilidad de iones espectrómetro de masas (IM-MS) fue puesto en libertad. La integración de la espectrometría de masas con la movilidad iónica permite una nueva dimensión de la separación de la muestra y la definición, dando un espectro en tres dimensiones (masa de tiempo de carga, la intensidad y la deriva). Esta técnica de separación permite que el solapamiento espectral a disminuir, y permite la resolución de complejos heterogéneos con masas muy similares, o las relaciones masa-carga, pero diferentes momentos a la deriva. Por otra parte, las mediciones de tiempo deriva proporcionar una capa importante de la información estructural, ya que Ω tiene que ver con la forma general y la topología de los iones. La correlación entre los valores de tiempo medido a la deriva y Ω se calcula mediante una curva de calibración generada a partir de las proteínas con calibrador definido secciones 1.
El poder del enfoque de IM-MS radica en su capacidad de definir el embalaje de la subunidad y la forma general de las asambleas de proteínas en concentraciones micromolar, y un corto condiciones fisiológicas. Varios estudios recientes de mensajería instantánea de ambas proteínas individuales 2,3 y no covalentes complejos de proteínas 4-9, logrado demostrar que la estructura de proteínas cuaternario se mantiene en la fase de gas, y destacó el potencial de este enfoque en el estudio de las cadenas proteicas de la geometría desconocida . Aquí, le ofrecemos una descripción detallada de IMS-MS análisis de complejos de proteínas utilizando el SYNAPT (cuadrupolo-Ion de movilidad en tiempo de vuelo) instrumento HDMS (Waters Ltd, el único comercial IM-MS instrumento actualmente disponible) 10. Se describen los pasos básicos de la optimización, la calibración de las secciones transversales de colisión, y los métodos para el procesamiento e interpretación de datos. El último paso del protocolo describe los métodos para calcular valores teóricos Ω. En general, el protocolo no pretende cubrir todos los aspectos de la IM-MS caracterización de conjuntos de proteínas, sino que su objetivo es introducir a los aspectos prácticos del método a los nuevos investigadores en el campo.
El procedimiento se describe se centra únicamente en IM-MS análisis de los complejos de proteínas. Por lo tanto, sugerimos que los investigadores no conocen el campo de la MS estructurales se refieren a los pasos de preparación de muestras, calibración de instrumentos y MS y MS en tándem procedimientos de optimización descritos en Kirshenbaum et al. Http://www.jove.com/index/details 2009. stp? ID = 1954. En general, este protocolo consiste en bajas concentraciones micromolar de complejos (1-20 mM) en un tampón volátiles como el acetato de amonio (0,005 a 1 M, pH 6.8). Teniendo en cuenta que 2.1 l son consumidos por nanoflujo capilar, le sugerimos 10-20 l en un volumen mínimo, para permitir la optimización de las condiciones de la EM.
Parte 1: La adquisición de una movilidad de iones-espectrometría de masa espectro
m / z | moran (%) | rampa (%) |
960 | 10 | 20 |
3200 | 30 | 40 |
10667 |
Fuente | Trampa | IMS | Transferencia | |
RF Offset | 450 | 380 | 380 | 380 |
De ganancia de RF | 0 | 0 | 0 | 0 |
Límite de RF | 450 | 380 | 380 | 380 |
Parte 2: Evaluación condiciones experimentales para garantizar la movilidad de las mediciones de las estructuras nativas
Para lograr una alta resolución picos MS, complejos de proteínas son a menudo activa dentro del espectrómetro de masas, para promover el despojo de aguas residuales y los componentes del tampón 11. Sin embargo, si la energía de activación se incrementa más allá de un valor umbral, desarrollo parcial puede inducir la formación de varios estados intermedios 12, que es poco probable que se corresponden con los nativos, la solución de estado la estructura (Fig. 3A-C). Como resultado de ello, el máximo tiempo de deriva puede ser cambiado y ampliado, lo que refleja la población heterogénea de las estructuras desplegadas.
Con el fin de obtener datos de la deriva tiempo consistente con las estructuras en fase de solución, es esencial para controlar cuidadosamente los voltajes usados para acelerar iones, antes de la separación de mensajería instantánea. Por otra parte, para MS de alta resolución, es preferible aumentar la transferencia en lugar de la tensión de la trampa. Como el dispositivo de mensajería instantánea se coloca, en primer lugar, seguida por la región de transferencia y el analizador TOF, por lo tanto, la activación sigue la medición de mensajería instantánea y los iones no se ve afectado, mientras que la exactitud de MS se puede aumentar.
Para validar que la adquisición de datos se realiza en condiciones que mantienen la estructura original del complejo, se recomienda que los datos se registraron en un rango de condiciones experimentales y la solución, más que de acuerdo con un optimizado solo conjunto de parámetros:
Parte 3: La correlación entre los valores de tiempo a la deriva y las áreas transversales
A diferencia de las mediciones convencionales de mensajería instantánea, en la que los valores de la deriva midió el tiempo se relaciona linealmente con Ω, en el sistema IMS de la onda T, la sección transversal se define por un método de calibración. Así, en lugar de una medida absoluta, una correlación exponencial en relación se genera entre los tiempos de desplazamiento medido y 1,13 Ω:
donde t D es el tiempo de desplazamiento medido, y X es la constante de la proporción que se puede extraer de una curva de calibración. La calibración se realizaed mediante la medición de los tiempos de desplazamiento de los iones con conocidos Ω (medido a partir de experimentos de mensajería instantánea convencional).
Parte 4: Definición de los valores de la deriva el tiempo
El software necesario: MassLynx y Driftscope (Waters).
Parte 5: Resultados de Representante
Figura 1. Representación esquemática del instrumento SYNAPT HDMS indicando los principales parámetros ajustables de IMS-MS adquisición. Parámetros experimentales utilizadas para la IM-MS mediciones son etiquetados de acuerdo a su posición dentro del instrumento. El haz de iones es de color rojo, y la presión en cada región se designa mediante un código de color. El panel en la parte inferior muestra la caída de potencial a lo largo del instrumento y las posibles diferencias que definen la trampa y la transferencia de energías de colisión, así como el potencial de sesgo. Todos los potenciales leer-backs se hace referencia a la tensión estática de compensación que se establece normalmente en 120.
Figura 2. De movilidad de iones distribuciones de tiempo de llegada de la proteína Gβυ.
A. Una alta velocidad de la onda T conduce a una distribución estrecha del perfil de tiempo a la deriva. La trama muestra la distribución del tiempo de llegada de los Los estados 16 + (rojo), 15 + (verde), 14 + (azul), y 13 + (magenta) de carga, así como el perfil de la deriva el tiempo total (en negro) de la proteína G βυ.
B. Una desviación óptima del espectro de tiempo con una suave forma de pico de Gauss. Etiquetas de colores similares, como en A.
C. Un "roll-over" efecto que se produce cuando el tiempo necesario para que los iones de atravesar la célula de la movilidad es más lento que el intervalo entre las inyecciones de paquetes de iones de nuevo en el dispositivo. Como resultado, el pico de la deriva tiempo prolongado aparece al principio del espectro. Este efecto puede ser eliminada mediante el aumento de la altura de la onda T, y la disminución de la velocidad de la onda T y la presión de IMS.
'Ondas' D. Artificial se producen cuando la transferencia de T-velocidad de la onda y la frecuencia de empuje son parcialmente sincronizados. Este efecto puede ser superado mediante el ajuste sea la frecuencia de empuje o la velocidad de transferencia de la onda T.
Figura 3. El efecto de la activación de iones y las condiciones de desnaturalización parcial de IM-MS espectros de la hemoglobina. Parcela de tiempo la deriva frente a m / z para el complejo hemoglobina tetramérica, con una solución acuosa de acetato de amonio 10 mM (pH = 7.6) (A, C) y la adición de 0,1% de ácido acético (B). Los datos obtenidos con la trampa de voltaje de energía de colisión de 13 V (A, B) y 35 V (C), aunque en los tres paneles de la espectrometría de masas (proyectado en la parte superior) es similar, con una serie de carga tetramérica centrada a 4.000 m / z el perfil temporal de deriva (proyectado a los lados) es diferente (la distribución total de tiempo de desplazamiento esen negro, y el perfil de + 16 es de color rojo). El tiempo de desplazamiento más largo de la muestra parcialmente desnaturalizado, obtenido en B, y los iones en fase gaseosa activados obtenidos en C, es indicativo de un cierto grado de desarrollo. Esta observación pone de manifiesto que a pesar de que la masa medida corresponde a un complejo intacto, su estructura de la solución se vea interrumpido. Como consecuencia, el control cuidadoso de las condiciones experimentales es necesario.
Figura 4. Mediante la generación de una curva de calibración, la deriva mediciones de tiempo y de la colisión secciones pueda establecer una correlación.
A. Los valores medidos de la deriva del tiempo de los estados de carga múltiple de equinos del citocromo C (círculos), mioglobina caballo del corazón (triángulos) y ubiquitina bovina (cuadrados) se representará gráficamente en la literatura los valores de Ω corregido, tanto para el estado de carga de iones y masa reducida. El ajuste de los rendimientos de una función lineal que corresponde a: ln (Ω C) = xln (t D ') + A. El factor exponencial determinada (X), el ajuste determinado por constantes (A), y coeficiente de correlación se muestran en el gráfico de los datos adquiridos a una velocidad de la onda T de 350 m / s, y una altura de ola estática de 11 V. B. Un histograma de la distribución del coeficiente de correlación obtenido a partir de 10 experimentos de calibración consecutivos.
Proteína de la muestra / parámetros técnicos | GluFibrino- péptido monómero 1,6 kDa | La mioglobina monómero 17 kDa | Hemoglobina tetrámero 67 kDa | Transferrina monómero 80 kDa | GroEL 14-mer 801 kDa |
La presión de soporte, mBar | 4.4 | 5.0 | 5.1 | 5.1 | 6.5 |
La presión de la trampa, mBar | 1.6x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.6x10 -2 | 2.8x10 -2 |
Presión de IMS, mBar | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.2x10 -1 |
Muestreo de tensión de cono, V | 46 | 80 | 80 | 80 | 118 |
Extracción de tensión de cono, V | 1.7 | 1 | 1 | 1 | 3 |
Tensión de polarización, V | 20 | 20 | 25 | 25 | 50 |
Atrapan la energía de colisión, V | 20 | 15 | 15 | 15 | 80 |
Transferencia de energía de colisión, V | 5 | 12 | 12 | 12 | 15 |
Tabla 1. Condiciones experimentales utilizadas para el análisis de macromoléculas.
Las proteínas estándar | Masa molecular (m) | Cargos (z) | m / z | Colisión de la sección transversal (en 2) |
Citocromo 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 | ||
La mioglobina | 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 | ||
Ubiquitina | 8565 | 8 | 1071.6 | 1442 |
8 | 1071.6 | 1622 | ||
9 | 952.7 | 1649 | ||
10 | 857.5 | 1732 | ||
11 | 779.6 | 1802 |
Tabla 2. Calibrante proteínas y su colisión secciones de los valores determinados por el convencional Medicion IMS 14.
Dispositivos | Empresa | Número de catálogo |
SYNAPT HDMS-32K generador de RF | Aguas Ltd. | |
P-97-Brown Flaming micropipeta extractor | Sutter Instrumentos | P-97 |
Sputter aplicador | Microscopía electrónica de Ciencias | EMS550 |
Microscopio binocular | Nikon | |
Reactivos | Empresa | Número de catálogo |
Acetato de amonio | Sigma-Aldrich | Sigma, A2706 |
Csl 99,999% | Sigma-Aldrich | Aldrich, 203033 |
Metanol | Sigma-Aldrich | Fluka, 34966 |
El ácido acético | Fisher Scientific | AC12404 |
Equina mioglobina (de corazón de caballo) | Sigma-Aldrich | M1882 |
Equina del citocromo c (del corazón de caballo) | Sigma-Aldrich | C-2506 |
Bovina ubiquitina (de los glóbulos rojos) | Sigma-Aldrich | U6253 |
Hemoglobina | Sigma-Aldrich | H2625 |
Gas | Comentarios | |
Nitrógeno, 99,999% de pureza | 8 cilindros metro cúbico | |
Argón, 99,999% de pureza | 8.8 meterscylinder cúbicos |
Tabla 3. Reactivos y equipo.
El protocolo aquí descrito permite definir la sección transversal de colisión de las proteínas o complejos de proteínas con un desconocido la estructura tridimensional, con el objetivo de proporcionar información sobre su forma general, el embalaje y la topología de la subunidad. Con este fin, una vez los valores de la sección transversal de colisión se muestran, es necesario convertir estos valores a los elementos estructurales. Este proceso requiere de esfuerzos adicionales experimental, así como el análisis computacional, el cual se describen brevemente a continuación.
Para empezar, se recomienda analizar las proteínas o complejos de proteínas con estructuras conocidas. Estas mediciones pueden proporcionar un útil de control de calidad de la metodología y permitirá evaluar la precisión de los parámetros de adquisición mediante la comparación de los valores de Ω teóricos y medidos. El teórico áreas de corte transversal se puede calcular a partir de la estructura cristalina coordenadas utilizando el software MOBCAL 15,16, que es un software de código abierto basado en FORTRAN que permite la edición de código de acuerdo a las necesidades del operador. Para el funcionamiento de estos cálculos se requiere de modificar el programa de tal manera que el número de cálculos iterativos realizados por la estructura de entrada es mayor y que los archivos de coordenadas que contiene gran número de átomos son aceptados 1.
Una estrategia de IM-MS para la definición de los arreglos topológicos de las subunidades en las asambleas de varios componentes se ha propuesto recientemente 4,6. El método consiste en la vigilancia de las vías de la disociación de las asambleas de proteínas a componentes más pequeños. Esta disociación se logra a través del ajuste de las condiciones de control en fase de solución, lo que da lugar a una distribución de subcomplejos reflejo de los "bloques constructores" de las asambleas. La medición simultánea de los valores de Ω tanto del complejo intacto y productos desmontaje genera restricciones estructurales que se utilizan para el cálculo de los modelos topológicos de los complejos de proteínas. El supuesto básico que subyace a esta metodología es que la subcomplejos generado conservar su lengua materna-como confirmaciones, de hecho, estudios recientes han demostrado que la estructura de la solución de los productos de desmontaje se mantiene y no hay reorganización importante en cualquiera de las soluciones o las fases de gas se han producido 4,6.
El último paso en la asignación de la estructura cuaternaria de iones de proteína de fase de gas del complejo es conveniente los valores de la sección transversal de colisión con los modelos generados por computadora. Métodos de modelización, se emplean con el fin de explorar las diferentes disposiciones posibles topológica de subunidades y su in silico valores Ω se calculan y se comparan con los experimentales. Actualmente, sólo un pocos métodos computacionales se utilizan, como el spheretype de grano grueso, método que se aproxima el diámetro de las subunidades de 1,8. En general, este campo está todavía en sus primeros años de vida y el desarrollo se requiere para hacer este planteamiento genérico, y aplicable a una amplia gama de complejos.
Los autores agradecen a los miembros del grupo a Sharon por su revisión crítica, y por sus contribuciones al manuscrito. Estamos muy agradecidos por el apoyo de los Programas de Morasha y bikura, la Israel Science Foundation (Grant N º 1823 / 07 y 378/08), el Josef Cohn Minerva Centro de Investigación biomembrana, la Familia Chais Programa de Becas para los nuevos científicos, el Abraham y Sonia Rochlin Fundación, el Fideicomiso de la Familia Wolfson caridad; el Centro Helen y Milton A. Kimmelman de Estructura Biomolecular y de la Asamblea, la finca de Shlomo y Beirzwinsky Sabine; Meil de Botton Aynsley, y Karen Siem, Reino Unido.
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados