Name: thermochemical studies of ni(ii) and zn(ii) ternary complexes using ion mobility-mass spectrometry
Uploaded: 2022-06-08T13:50:00
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本材料基于美国国家科学基金会在1764436，NSF REU计划（CHE-1659852），NSF仪器支持（MRI-0821247），物理和天文学成功奖学金（PASS）NSF项目（1643567），韦尔奇基金会（T-0014）以及能源部（TX-W-20090427-0004-50）和L3通信的计算资源下支持的工作。作者感谢肯特·欧文（内华达大学里诺分校）和彼得·阿门特劳特（犹他大学）分享CRUNCH计划，并就PBA的安装提供建议。作者感谢加州大学圣巴巴拉分校的迈克尔·鲍尔小组分享西格玛计划。

注： 图 1 显示了该协议的概述。
1. 试剂的制备
<ol><li>购买冻干的amb肽（纯度>98%）并将其储存在-80°C冰箱中。</li>
	<li>购买纯度>99%的六水合硝酸锌（II）和硝酸镍（II）六水合物。 注意：硝酸镍（II）六水合物对环境和健康有害。</li>
	<li>购买亚硝基三乙酸、聚-DL-丙氨酸聚合物、超纯/微量金属级乙酸铵、氢氧化铵、冰醋酸和HPLC级乙腈。</...

关键步骤 ES-IM-MS 阈值碰撞诱导解离 （TCID） 分析。 TCID在氩气存在下使用转移T波电池作为碰撞池。在解离之前，前体离子在通过离子迁移率（IM）电池时通过与氮气的低能碰撞而热化。这导致比使用陷阱作为碰撞池6，40所实现的更可重复的能量分辨TCID。解离前[amb+M（II）+NTA]- 的热化也允许使用298 K温度表征三元配合?...

本研究描述了一种使用市售离子淌度质谱仪的新技术，该技术允许测定替代金属结合（amb）三元金属配合物[amb + M（II）+ NTA]解离的相对热化学，其中M = Zn或Ni和NTA = 硝基三乙酸（图1）。这些反应模拟了在固定化金属亲和色谱（IMAC）1，2期间附着在NTA固定化金属上的amb标记的重组蛋白的解离。例如，使用amb A和H的amb七肽标签描述该方法（图2）（从以前的研究3，4，5，6，7，8，9，10，11，12中选择）） 具有锌（II）和Ni（II）结合特性，因此具有作为纯化标签的潜在应用。然而，所描述的过程可用于评估任何有机金属系统中的热化学能量。这些 amb 肽在 Aa1-Aa 2 和 Aa 6-Aa7 位置中具有金属结合位点，这些位点与 NTA 的羧酸盐和胺位点竞争。三个中心amb氨基酸提供间隔物（Gly3），两个臂的铰链（Pro4）和长距离π金属阳离子相互作用（Tyr5）。
[amb+M（II）+NTA]-配合物的整体1−电荷状态由其潜在结合位点的质子化状态决定。由于存在具有2+氧化态的Ni（II）或Zn（II），因此必须有三个去质子化带负电荷位点的网。[原子核+M（II）+NTA]-配合物的分子建模预测，这是两个来自NTA的质子和一个来自安布的质子（即[原子核-H+M（II）+NTA-2H]-）。产品通道包含离子物质和中性物质（即[氮氧化物-3H+甲基（II）]-+安姆或[安姆-3H+甲基（II）--+氮氧化物（3H+甲基）-+氮氧化物“）。在手稿中，“-3H”被排除在复合物的名称之外，但读者应该知道-3H是隐含的。该仪器测量两种离子质荷比（m / z）物种的相对强度。ES-IM-MS分析的一个主要属性是，它允许检查特定m / z物种的反应性，如这里和以前的amb研究3，4，5，6，7，8，9，10，11，12所使用的那样。
使用碰撞诱导的解离获取大型配合物的热化学数据是一个具有重要意义的主题13，14。包括动力学方法在内的方法不利于拟合一系列能量的数据，也不考虑多碰撞环境15，16，17，18。在这里，由阿门特劳特，欧文和罗杰斯使用引导离子束串联质谱法开发的阈值CID（TCID）方法应用于19 ，用于利用行波离子导引的新型ES-IM-MS仪器平台。TCID方法允许对三元配合物解离到其两个产物通道中的相对热化学分析，并包括一个阈值定律，该定律描述了反应物（本研究中的三元配合物）和惰性目标气体（在这种情况下为氩气）之间的碰撞能量转移。该方法包括反应物内部能量分布20上的积分，反应物和目标气体21之间的平移能量分布，以及总角动量分布22，23。解离概率和统计赖斯 -拉姆斯伯格-卡塞尔-马库斯 （RRKM） 校正由有限的时间窗口产生的动力学变化，用于观察产物24。对于两个独立的产品渠道，竞争性 TCID 方法允许同时拟合两个相互竞争的产品渠道。配合物的解离是通过轨道过渡态，它具有产物的性质，但由锁定偶极子25保持在一起。将TCID方法并入CRUNCH程序26中，并在此处描述用户界面的操作，以评估三元[amb +M（II）+NTA]- 配合物的两个解离通道的热化学性质。CRUNCH程序可根据开发人员26的要求提供。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile HPLC-grade</td>
			<td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td>
			<td>A998SK-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alternative metal binding (amb) peptides</td>
			<td>PepmicCo (www.pepmic.com)</td>
			<td></td>
			<td>designed peptides were synthized by order</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium acetate (ultrapure)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97061-014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium hydroxide (trace metal grade)</td>
			<td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td>
			<td>A512-P500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driftscope 2.1 software program</td>
			<td>Waters (www.waters.com)</td>
			<td></td>
			<td>software analysis program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gaussian 09</td>
			<td>Gaussian</td>
			<td></td>
			<td>Electronic Structure Modeling Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GaussView</td>
			<td>Gaussian</td>
			<td></td>
			<td>Graphical Interface to Visualize Computations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glacial acetic acid (Optima grade)</td>
			<td>Fisher Scientific (www.Fishersci.com)</td>
			<td>A465-250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ion-scaled Lennard-Jones (LJ) method</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td>Michael T. Bowers&#8217; group of University of California at Santa Barbara</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MassLynx 4.1</td>
			<td>Waters (www.waters.com)</td>
			<td></td>
			<td>software analysis program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge Tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>87003-294</td>
			<td>1.7 mL, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge Tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>87003-298</td>
			<td>2.0 mL, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ni(II) nitrate hexahydrate (99% purity)</td>
			<td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td>
			<td>A15540</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-DL-alanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td>
			<td>P9003-25MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Waters Synapt G1 HDMS</td>
			<td>Waters (www.waters.com)</td>
			<td></td>
			<td>&#160;quadrupole - ion mobility- time-of-flight mass spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zn(II) nitrate hexahydrate (99%+ purity)</td>
			<td>Alfa Aesar (www.alfa.com)</td>
			<td>12313</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

thermochemical studies of ni(ii) and zn(ii) ternary complexes using ion mobility-mass spectrometry

本文介绍了一种实验方案，使用电喷雾离子迁移率质谱（ES-IM-MS）和能量分辨阈值碰撞诱导解离（TCID）来测量带负电荷的[amb+M（II）+NTA]-三元络合物解离成两个产品通道的热化学：[amb+M（II）]+NTA或[NTA+M（II）]- + amb，其中 M = 锌或 Ni 和 NTA 是硝基三乙酸。这些配合物含有一种替代金属结合（amb）七肽，其主要结构为乙酰基-他的1-细胞 2-Gys3-亲4-泰尔5-他的6-细胞7 或乙酰-阿斯普1-细胞2-Gly 3-亲4-泰尔5-他的6-细胞7，其中氨基酸的Aa1，2，6，7 位置是潜在的金属结合位点。通过比较三元配合物及其产物的电子能量及其碰撞截面（CCS）与ES-IM-MS测量的能量和碰撞截面（CCS），从量子化学计算（目前为PM6半经验哈密顿算子）中选择了几何优化的稳态。从PM6频率计算中，三元复合物及其产物的分子参数使用竞争性TCID方法模拟两个产物通道的能量依赖性强度，以确定与解离的0 K焓（ΔH0）相关的反应的阈值能量。使用PM6旋转和振动频率的统计力学热和熵校正提供了解离的298 K焓（ΔH298）。这些方法描述了一种EI-IM-MS例程，该例程可以确定一系列三元金属离子配合物的热化学和平衡常数。

竞争性碰撞诱导的 A 和 H 的 [amb+M（II）+NTA]-三元配合物解离为 [amb+M（II）]-+ NTA 或 [NTA+M（II）]-- + amb，如图 3 所示。AMB 显示为 A 或 H，M = 锌或镍。[A+锌（II）+NTA]-三元配合物（图3A）表现出约0.7 eV碰撞能（CE）的明显阈值以产生[A + Zn（II）]-，以及约0.9 eV以产生[N...

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Thermochemical Studies of NiII and ZnII Ternary Complexes Using Ion Mobility-Mass Spectrometry

本文介绍了一种使用电喷雾离子淌度质谱，半经验量子计算和能量分辨阈值碰撞诱导解离的实验方案，以测量相关三元金属配合物解离的相对热化学性。

使用离子淌度-质谱对Ni（II）和Zn（II）三元配合物进行热化学研究

This article describes an experimental protocol using electrospray-ion mobility-mass spectrometry (ES-IM-MS) and energy-resolved threshold ...

这项新技术将离子淌度-质谱与分子建模和反应动力学理论相结合，以确定三元复合物的两个竞争解离反应的相对热化学。这些技术的组合表征了反应物和产物的反应途径、构象结构以及配体与金属离子形成三元络合物的亲和力。本研究模拟了用于重组蛋白纯化的两种潜在肽标签的反应性，其中标签与固定化金属亲和柱中由次氮基三乙酸螯合的金属反应。首先将 2 毫升样品装入 2.5 毫升钝鼻注射器中，并使用仪器的注射泵以每分钟 10 微升的流速将样品注入仪器的电喷雾中。将仪器置于负离子淌度-质谱或 IM-MS 模式。通过打开质谱程序并选择光谱，确定带负电荷的替代金属结合三元复合物或amb-metal-NTA复合物的质荷同位素模式。然后，选择工具，然后选择同位素模型。在弹出窗口中，列出配合物的分子式，选中显示带电离子框，负电荷输入1，然后单击 OK.In 显示的配合物同位素模式，注意最低质量峰。在仪器软件中，选择设置，然后选择四边形配置文件。然后，选择手动固定并输入最低同位素模式峰的质量数。单击更新并关闭窗口。再次选择“设置”，然后单击“解析四元”。从第一次转移碰撞能量开始收集负离子IM-MS光谱，使用5分钟的运行时间和2秒的扫描时间。重复以收集其他每个碰撞能量的IM-MS光谱。利用三元金属-NTA复合物和两种产品（NTA-金属复合物和amb-金属复合物）的综合到达时间分布或ATD区域，以标准化为相对百分比尺度。从重复阈值碰撞诱导解离或TCID测量中，找到每个数据点的平均值和标准偏差。然后，将实验室框架传递碰撞能量转换为质心碰撞能量。要测量碰撞截面，请使用仪器操作条件收集 10 ppm 聚 DL-丙氨酸或 PA 样品的负离子 IM-MS 光谱 10 分钟。然后，收集每个三元复合物的IM-MS谱图5分钟。提取每个PA和三元配合物的ATD，并使用“保留漂移时间”选项将其文件导出到质谱软件。从相应 ATD 曲线的最大值中查找平均到达时间。使用横截面校准方法将平均到达时间转换为三元复合体的碰撞截面。从 CRUNCH 主菜单中，打开包含质心能量或产品与 ECM 相关的相对强度的 GB5 文本文件。回复“否”以读取参数。然后，选择“建模”，然后选择“设置所有参数”。从反应模型选项中，选择默认的阈值 CID 选项，然后选择 RRKM，并在三元配合物的能量转移分布上进行积分。为建模的独立产品渠道输入 2，然后选择 计算横截面。对于非卷积模型的类型，选择 0 开尔文横截面，其中包括由于从碰撞单元到飞行时间探测器的 50 微秒时间窗口而导致的动力学偏移的统计 RRKM 校正。对于卷积选项，请选择 Tiernan 的双积分，其中包括三元络离子和氩碰撞气体之间平移能量分布的卷积。对于数值积分方法，请选择具有预先保存的横截面的高斯正交。从输入分子参数的选项中，输入 G 以读取包含三元复合物的 PM6 振动和旋转频率的结构建模文件。回答 是 对问题：其中一个反应物是原子的吗？写入建模文件的位置和名称。输入 1 表示离子电荷，输入 1.664 表示氩气的极化率。离子的质量和目标的质量分别用于三元配合物和氩气，并自动从GB5文本文件中读取。输入 0 表示谐波振动。按回车键从结构建模文件中读取一维和二维旋转常数。为受阻转子处理选择默认值 0，为分子对称性选择默认值 1。选择默认的 300 开尔文作为反应物温度。选择“集成”作为降低状态密度数组的方法。选择“是”以截断能量分布。输入 40000 波数作为分配的最大能量，输入 2 波数作为箱大小，32 作为能量分配中的点数。对于 TCID/RRKM 模型的参数，为更改选择是，为固定时间输入 0，为检测窗口的上限输入 0.000050 秒。对于产品通道 1，从解离通道选项中选择 1 表示单个转移状态，选择 0 表示无顺序解离。对于过渡状态类型，选择 1 表示动态观察。选择 G 可读取建模程序文件，其中包含 amb-metal 配合物和 NTA 产品的 PM6 旋转和振动参数。输入否：相空间极限转换态之一（PSL TS）是原子的吗？输入 amb-metal 复合体文件的位置和名称。使用 1.062 作为刻度频率，按 Enter 键表示原子数，然后输入 No 表示：分子是线性的吗？对包含 NTA 产品的振动和旋转频率的建模文件重复相同的操作。输入轨道 TS 的说明。输入1.0表示金属离子的电荷，然后输入NTA的极化率和偶极矩。选择0开尔文作为旋转温度，选择锁定偶极子作为轨道过渡态的处理。输入金属离子和NTA的平均质量数。按回车键从建模文件中读取一维和二维旋转常数。选择0表示受阻转子，1表示分子对称性，1表示反应简并。输入“无更改”选项。对于产品通道 2，选择 1 表示单过渡态，0 表示无表示顺序解离，1 表示轨道转移态类型。选择 G 以读取包含 NTA 金属配合物和磁力轴承产品的 PM6 旋转和振动参数的建模文件。然后，输入轨道 TS 的描述。输入1.0表示NTA-金属络合离子的电荷，并输入amb的极化率和偶极矩。选择0开尔文作为旋转温度，选择锁定偶极子作为轨道过渡态的处理。输入 NTA 金属配合物和磁力轴承产品的平均质量。按回车键从建模文件中读取一维和二维旋转常数。选择0表示受阻转子，1表示分子对称性，1表示反应简并。然后，输入无更改。要处理非活动的二维旋转，请选择统计角动量分布的默认选项，并将 P-E、G 与 J 分布积分。在积分中的点数中使用默认值 32。对于“模型”菜单，选择“优化参数以拟合数据”，然后分别输入最小能量和最大能量以开始和结束数据拟合。选择 1 作为加权模型的实验标准差。根据数据，选择通常为 0.01 到 0.001 的最小可接受标准差。使用 E0 收敛极限的默认值并选择 No 将任何参数保持在当前值，0.5 和 2.0 电子伏特表示下限和上限，2 表示导数评估方法。从“优化”菜单中，选择“开始优化”。CRUNCH程序将根据实验数据优化选定的TCID模型。最后，在“模型”菜单中，选择T处的δ-H和S，用于两个解离通道的热化学评估。代表性图像显示了替代金属结合A和H肽的主要结构。颜色突出了潜在的金属结合位点。这里显示了形成amb-金属和NTA金属产物离子的能量依赖性。质心碰撞能量，其中amb-metal-NTA三元复合体有50%的解离，包含在图表中。代表性图像显示了能量分辨TCID方法的动力学模型。ambH-锌-NTA配合物与氩气之间的碰撞导致解离为ambH-锌配合物和游离NTA，或NTA-锌配合物和游离ambH产物。阈值能量E1和E2分别相当于ambH-锌-NTA配合物与ambH-锌配合物和游离NTA或ambH-锌-NTA配合物与NTA-锌配合物和游离ambH反应的0开尔文解离焓。此处显示了 A 和 H 的 PM6 几何优化的三元 amb-metal-NTA 配合物。这些构象用于实验数据的TCID建模，并通过比较它们的PM6电子能量以及它们计算的碰撞截面与IM-MS测量的碰撞截面相比如何从其他候选结构中选择。这些图像描绘了四个amb-metal-NTA配合物的能量解析TCID。对于物质 A 和 H，此处显示了具有复杂 CRUNCH 阈值拟合的 amb-金属和 NTA 金属的乘积离子。能量值是amb-metal-NTA与amb-metal和游离NTA的反应，或amb-metaL-NTA与NTA金属和游离amb的反应在0开尔文处的解离焓。此处显示了吉布斯自由能缔合能（以千焦耳/摩尔为单位）和从解离焓（净零开尔文）得出的地层常数与使用 PM6 参数的静态力学计算的比较。NTA-镍和游离ambA的反应形成ambA-镍-NTA复合物表现出最高的形成常数，并且代表了ambA标记的蛋白质被亲和柱内的NTA-镍固定的反应。嘎吱嘎吱拟合需要仔细筛选反应物和产物，以获得准确的阈值能量。需要分子建模方面的专业知识来获得结构和可靠的分子参数。这里描述的整体方法可以开发用于筛选设计用于结合金属辅因子和蛋白质活性位点以阻断酶促功能的分子的有效性。

Research

JoVE Journal

Chemistry

Thermochemical Studies of Ni(II) and Zn(II) Ternary Complexes Using Ion Mobility-Mass Spectrometry

Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction

Preparation and Use of Samarium Diiodide SmI2 in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and NiII Salts in the Samarium Barbier Reaction

二碘化钐的制备和使用（SMI<sub&gt; 2</sub&gt;）在有机合成中：HMPA和镍（II）盐的钐巴尔比耶反应的机理作用

Although initially considered an esoteric reagent, SmI2 has become a common tool for synthetic organic chemists. SmI2 is generated through the addition of ...

科研

化学

Production of Disulfide-stabilized Transmembrane Peptide Complexes for Structural Studies

生产二硫键稳定的跨膜肽复合物的结构研究

Physical  interactions among the lipid-embedded alpha-helical domains of membrane  proteins play a crucial role in folding and assembly of membrane ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

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Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

建筑和超分子集群与二元或三元铵Triphenylacetates一系列的体制性对称研究

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Site Directed Spin Labeling and EPR Spectroscopic Studies of Pentameric Ligand-Gated Ion Channels

定点自旋标记和五聚体配体门控离子通道的EPR光谱研究

Ion channel gating is a stimulus-driven orchestration of protein motions that leads to transitions between closed, open, and desensitized states. ...

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

用场不对称离子迁移光谱法分析 2-丙醇在室内空气浓度中的光氧化作用

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Analyzing Protein Architectures and Protein-Ligand Complexes by Integrative Structural Mass Spectrometry

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Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

利用飞行时二次离子质谱法成像金属颜料界面的腐蚀

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass ...

Ion Mobility-Mass Spectrometry Techniques for Determining the Structure and Mechanisms of Metal Ion Recognition and Redox Activity of Metal Binding Oligopeptides

用于测定金属结合寡聚肽的金属电子识别和机制的Ion流动性-质谱技术

Electrospray ionization (ESI) can transfer an aqueous-phase peptide or peptide complex to the gas-phase while conserving its mass, overall charge, ...

Preparation of Binary and Ternary Deep Eutectic Systems

二进制和三元深结构系统的制备

The preparation of deep eutectic systems (DES) is a priori a simple procedure. By definition, two or more components are mixed together at a given molar ...