올리고 펩타이드의 가스 단계 산성도의 결정
Summary
시스테인 함유의 올리고 펩타이드의 가스 단계 산성도의 결정은 설명합니다. 실험은 트리플 사중 극자 질량 분석기를 사용하여 수행됩니다. 펩티드의 상대적인 산성도는 충돌에 의한 분리 실험을 사용하여 측정하고 있으며, 양적 산성도가 확장 요리사에게 운동 방법을 사용하여 결정됩니다.
Abstract
접힌 단백질의 다른 위치에있는 아미노산 잔기들은 산성도의 다른 정도를 나타냅니다. 예를 들어, 나선의 N-말단에 또는 근처에있는 시스테인 잔류 물은 종종 C-말단 1-6로 인근보다 더 산성이다. 펩티드의 산 – 염기 특성에 대한 광범위한 실험 연구는 수용액 6-8 특히 응축 단계에서 실시되어 있지만, 결과는 종종 용매 효과 7에 의해 복잡하게된다. 사실, 단백질의 활성 사이트의 대부분은 용매 효과 9,10 최소화 된 내부 영역 근처에 위치하고 있습니다. 펩티드와 단백질의 고유 산 – 염기 특성을 이해하기 위해서는 용제가없는 환경에서 연구를 수행하는 것이 중요합니다.
우리는 가스 단계에 올리고 펩타이드의 산성도를 측정하는 방법을 제시한다. 우리는 시스테인 함유 올리고 펩티드, 알라모 3 CysNH를 사용 <sUB 모델 화합물로> 2 (3 CH). 측정은 잘 확립 확장 요리사 운동 방법 (그림 1) 11-16를 기준으로합니다. 실험은 전기 분무 이온화 (ESI) 이온 소스 (그림 2)와 인터페이스 트리플 사중 극자 질량 분석기를 사용하여 수행됩니다. 각 펩타이드 샘플은 여러 가지 기준 지방산이 선택됩니다. 참고 지방산 알려진 기체 상 산성도와 구조적으로 유사한 유기 화합물이다. 펩타이드 및 레퍼런스 산의 혼합 용액을 질량 분석기에 도입되고, 펩타이드 참조 산의 기체 상 수소 이온 바인딩 음이온 클러스터가 형성된다. 양성자 바인딩 클러스터 대량 고립 이후 충돌에 의한 해리 (CID) 실험을 통해 조각화되어 있습니다. 결과 조각 이온 농도는 산성도와 클러스터 이온 해리 반응 속도 사이의 관계를 사용하여 분석됩니다. 펩타이드의 기체 산도는 obtai입니다열 운동 플롯 17,18 선형 회귀 네드.
이 방법은 유기 화합물, 아미노산과 그들의 유도체, 올리고 뉴클레오티드 및 올리고 펩타이드 등의 분자 시스템의 다양한 적용 할 수 있습니다. 다른 conformers 계산하는 값을 실험적으로 측정 된 가스 단계 산성도를 비교하여, 산성도에 구조적 효과를 평가할 수 있습니다.
Introduction
아미노산 잔기의 산성도는 구조에 영향을 미치는 가장 중요한 열 화학적 성질, 반응성 단백질 9,19의 폴딩 전개 과정 중입니다. 각각의 아미노산 잔기들은 단백질에 자신의 위치에 따라 다른 효과 산성도를 보여줍니다. 특히, 활성 부위에있는 잔류 물은 종종 전시는 크게 산성도를 교란. 하나의 예는 효소 20,21의 티 오레 독신 슈퍼 가족의 활성 부위에 존재하는 시스테인 잔류 물이다. 활성 사이트 시스테인 단백질에게 3-5 펼쳐있는 사람에 비해 비정상적으로 산성이다. 그것은 나선형 형태가 특이한 산성에 상당한 기여가있을 수 있습니다 것을 제안했습니다. 특히 수용액 2,6-8에 솔루션을 수행 펩티드의 산 – 염기 특성에 대한 광범위한 실험 연구가있다. 결과는 종종 용매 효과에 의해 복잡하게되었다7. 사실, 단백질의 활성 사이트의 대부분은 용매 효과는 9,10를 최소화하는 내부 영역 근처에 위치하고 있습니다.
펩티드와 단백질의 고유 산 – 염기 특성을 이해하기 위해서는 용제가없는 환경에서 연구를 수행하는 것이 중요합니다. 여기서 우리는 기체 상 산도 측정을위한 질량 분석 기반 방법을 소개합니다. 접근 방식은 확장 요리사 운동 방법이라고합니다. 이 방법은 성공적으로 같은 기체 상 산도, 양성자 친화, 금속 이온 친 화성, 전자 친화, 그리고 이온화 에너지 11-15 등 다양한 열 화학적 특성의 측정을위한 화학 시스템의 넓은 범위에 적용되었습니다 22-26. 우리는 올리고 시스테인 polyalanine과 시스테인 polyglycine 펩티드 17,18,27 시리즈의 기체 상 산성도를 결정하기 위해이 방법을 적용했습니다. 이러한 연구는 N-말단 시스테인 펩타이드 보여ES는 해당 C-말단 것보다 훨씬 더 산성이다. 이전의 높은 산성도 가능성이 thiolate의 음이온이 강하게 나선 매크로 쌍극자와의 상호 작용에 의해 안정화되는 나선형 구조적인 효과 때문이다. 때문에 펩티드의 비 휘발성과 열적으로 불안정한 성격, 운동 방법은 펩티드 28의 비교적 정확한 산 – 염기 열화학 수량을 생산하기 위해 현재 사용할 수있는 가장 실용적인 방법입니다.
일반 체계 및 운동 방법과 관련된 방정식은 그림 1에 나타내었다. 펩타이드의 기체 상 산성의 결정은 (AH) 양성자 바인딩 클러스터 음이온의 일련의 형성으로 시작 [A • H • I] ¯ (또는 [A ¯ • H + • I ¯] ¯), 질량 분석기의 이온 소스 지역에서 어디 ¯와 나 ¯ 펩타이드의 탈수 소화 형태이며,각각 참조 지방산. 참고 지방산 알려진 기체의 산성도를 가진 유기 화합물이다. 참고 지방산 (그러나 펩타이드의 그것과 반드시 유사하지) 서로 유사한 구조를 가지고 있어야합니다. 참고 지방산 사이의 구조의 유사성은 그 (것)들의 사이에서 탈 양성자의 엔트로피의 유사성을 보장합니다. 양성자 바인딩 클러스터 음이온은 해당 단량체 음이온을 산출하기 위해 충돌에 의한 해리 (CID) 실험을 사용하여 대량 선정 collisionally 활성화 이후 해리되어 ¯ 그리고 난 ¯, K와 K의 속도 상수 나, 각각 그림 1a와 같이와. 차 fragmentations가 무시할 경우, CID 조각 이온의 풍부한 비율 [A ¯] / [I ¯], 속도 상수, K / K I의 비율의 대략적인 측정을 나타냅니다. 어떤 역 activat가 없다는 가정하에모두 분리 채널 비율을 분기 CID 제품 이온 이온 장벽, LN [A ¯] / [I ¯], 선형 기체 상 펩타이드의 산도 (Δ 산 H)와 그 상관 관계가 될 것입니다 참조 지방산 (Δ 산 H I), 같은 그림 1b와 같이. 이 방정식에서, Δ 산 H 평균이 기준 지방산의 평균 기체 산도이며, Δ (Δ S)는 엔트로피 용어 (참조 지방산은 구조적으로 서로 유사하다 일정하게 가정 할 수있다)이며, R은 유니버설 가스 상수, 그리고 T EFF는 시스템의 유효 온도입니다. 유효 온도는 충돌 에너지를 포함한 여러 실험 변수에 따라 경험적 매개 변수입니다.
기체 산도의 값은 열 운동 플롯의 두 세트를 구성에 의해 결정됩니다. 첫 번째 세트는 OB입니다LN 음모를 꾸미고에 의한 것 ([A ¯] / [I ¯]) Δ 산 H 나에 대하여 – Δ 산 H 평균, 그림 4A에 표시. 선형 회귀는 Y의 X = 1 / RT EFF와 차단의 경사면과 직선의 집합을 얻을 것입니다 = – [Δ 산 H – Δ 산 H 평균] / RT EFF – Δ (Δ S) / R. 플롯의 두 번째 세트는 그림 4B에 표시된 해당 슬로프에 첫 번째 집합 (X)에서 발생 차단 (Y)를 플로팅하여 얻을 수 있습니다. Δ 산 H 평균과 Δ (Δ S) / R의 절편 – 선형 회귀 분석 Δ 산 H의 경사를 가진 새로운 라인을 생산하고 있습니다. Δ 산 H의 값은 다음의 기울기로부터 구할 때, 엔트로피 용어, Δ (Δ S는)에서 얻을 수있다차단.
실험은 전기 분무 이온화 (ESI) 이온 소스 인터페이스 삼중 사중 극자 질량 분석기를 사용하여 수행됩니다. 질량 분석기의 개략도는 그림 2에 표시됩니다. CID 실험은 질량이 첫 번째 사중 극자 기기와 양성자 바인딩 클러스터 음이온을 선택하고 그 주위에 0.5 mTorr의의 압력에서 개최되는 충돌 챔버로 유출 아르곤 원자와 충돌을받을 수 있도록하여 수행됩니다. 해리 제품 이온은 질량 번째 사중 극자 단위로 분석됩니다. CID 스펙트럼은 모든 가능한 보조 조각을 커버 할 수있을만큼 넓은 M / Z 범위를 여러 충돌 에너지에 기록됩니다. CID 제품 이온 농도는 검사가 선택한 제품 이온에 집중되는 선택된 반응 모니터링 (SRM) 모드로 기기를 설정하여 측정됩니다. CID 실험에 해당하는 네 가지 충돌 에너지에서 수행됩니다각각 1.0, 1.5, 2.0 및 2.5 eV로의 중심의 질량 에너지 (E cm). 중심의 질량 에너지 방정식을 사용하여 계산됩니다 : E cm = E 실험실 [M / (M + m)은] E 실험실 실험실 프레임의 충돌 에너지이고, M은 아르곤의 질량이고, M은 양성자 바인딩 클러스터 이온의 질량.
이 문서에서는, 우리는 모델 화합물로 올리고 펩티드 알라모 3 CysNH 2 (3 CH)를 사용합니다. C-말단은 amidated과 시스테인 잔기의 티올 그룹 (SH)은 산성 사이트가 될 것입니다. 적절한 참조 지방산의 선택은 기체 상 산성의 성공적인 측정을 위해 매우 중요합니다. 이상적인 기준 지방산은 구조적으로 유사하다 (서로에게) 잘 확립 된 기체 산도 값을 가진 유기 화합물. 참고 아미노산은 펩티드의 가까운 산도 값이 있어야합니다. 펩타이드 3 CH 들어, 여섯 carboxyli 할로겐화C 지방산은 참조 지방산으로 선택됩니다. 여섯 참고 지방산 클로로 산 (MCAH), bromoacetic 산 (MBAH), difluoroacetic 산 (DFAH), 디클로로 산 (DCAH), dibromoacetic 산 (DBAH) 및 트리 플루오 (TFAH)입니다. 그 중 두 DFAH 및 MBAH이 프로토콜을 설명하는 데 사용됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
펩타이드의 기체 산도의 성공적인 측정은 주로 적절한 참조 지방산의 선택에 의존한다. 이상적인 레퍼런스 산 노포 기체 산도 값이 구조적으로 유사한 유기 화합물이다. 참고 지방산은 서로 유사한 구조를 가지고 있어야합니다. 이 세트의 참조 지방산 각각의 탈 양성자의 유사한 엔트로피를 보장합니다. 참고 아미노산은 펩티드의 그들에 가까운 산도 값이 있어야합니다. amidated C-말단에 짧은 시?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Mass Spectrometer | Varian | 1200 L and 320 L | |
| Chloroacetic acid | Sigma-Aldrich | 402923 | |
| Bromoacetic acid | Sigma-Aldrich | B56307 | |
| Difluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 142859 | |
| Dichloroacetic acid | Sigma-Aldrich | D54702 | |
| Dibromoacetic acid | Sigma-Aldrich | 242357 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | T6508 |
References
- Forsyth, W. R., Antosiewicz, J. M., Robertson, A. D. Empirical relationships between protein structure and carboxyl pKa values in proteins. Proteins: Struct. Funct. Genet. 48 (2), 388-403 (2002).
- Huyghues-Despointes, B. M. P., Scholtz, J. M., Baldwin, R. L. Effect of a single aspartate on helix stability at different positions in a neutral alanine-based peptide. Protein Sci. 2 (10), 1604-1611 (1993).
- Takahashi, N., Creighton, T. E. On the Reactivity and Ionization of the Active Site Cysteine Residues of Escherichia coli Thioredoxin. Biochimie. 35 (25), 8342-8353 (1996).
- Gan, Z. R., Sardana, M. K., Jacobs, J. W., Polokoff, M. A. Yeast thioltransferase – the active site cysteines display differential reactivity. Archives of Biochemistry and Biophysics. 282 (1), 110-115 (1990).
- Philipps, B., Glockshuber, R. Randomization of the Entire Active-site Helix alpha 1 of the Thiol-disulfide Oxidoreductase DsbA from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 277 (45), 43050-43057 (2002).
- Joshi, H. V., Meier, M. S. The effect of a peptide helix macrodipole on the pKa of an Asp side chain carboxylate. J. Am. Chem. Soc. 118, 12038-12044 (1996).
- Kortemme, T., Creighton, T. E. Ionization of cysteine residues at the termini of model α-helical peptides. Relevance to unusual thiol pKa values in proteins of the thioredoxin family. J. Mol. Biol. 253 (5), 799-812 (1995).
- Gallo, E. A., Gellman, S. H. Effect of a C-Terminal Cationic Group on the Competition between α-Helical Turn and β-Turn in a Model Depsipeptide. J. Am. Chem. Soc. 116 (25), 11560-11561 (1994).
- Honig, B., Nicholls, A. Classical electrostatics in biology and chemistry. Science. 268 (5214), 1144-1149 (1995).
- Warshel, A. Electrostatic basis of structure-function correlation in proteins. Acc. Chem. Res. 14 (9), 284-290 (1981).
- Cooks, R. G., Patrick, J. S., Kotiaho, T., McLuckey, S. A. Thermochemical determinations by the kinetic method. Mass Spectrom. Rev. 13 (4), 287-339 (1994).
- Cooks, R. G., Koskinen, J. T., Thomas, P. D. The kinetic method of making thermochemical determinations. J. Mass Spectrom. 34 (2), 85-92 (1999).
- Cheng, X., Wu, Z., Fenselau, C. Collision Energy Dependence of Proton-Bound Dimer Dissociation: Entropy Effects, Proton Affinities, and Intramolecular Hydrogen-Bonding in Protonated Peptides. J. Am. Chem. Soc. 115 (11), 4844-4848 (1993).
- Cerda, B. A., Wesdemiotis, C. Li+, Na+, and K+ Binding to the DNA and RNA Nucleobases. Bond Energies and Attachment Sites from the Dissociation of Metal Ion-Bound Heterodimers. J. Am. Chem. Soc. 118 (47), 11884-11892 (1996).
- Cooks, R. G., Wong, P. S. H. Kinetic Method of Making Thermochemical Determinations: Advances and Applications. Acc. Chem. Res. 31 (7), 379-386 (1998).
- Armentrout, P. B. Entropy Measurements and the Kinetic Method: a Statistically Meaningful Approach. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 11 (5), 371-379 (2000).
- Ren, J., Tan, J. P., Harper, R. T. Gas-Phase Acidities of Cysteine-Polyalanine Peptides I: A3,4CSH and HSCA3,4. J. Phys. Chem. A. 113 (41), 10903-10912 (2009).
- Morishetti, K. K., Huang, B. D. S., Yates, J. M., Ren, J. Gas-Phase Acidities of Cysteine-Polyglycine Peptides: The Effect of the Cysteine Position. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 21 (4), 603-614 (2010).
- Fersht, A. . Structure and mechanism in protein science. , (1999).
- Martin, J. L. Thioredoxin-a fold for all reasons. Structure. 3 (3), 245-250 (1995).
- Carvalho, A. P., Fernandes, P. A., Ramos, M. J. Similarities and Differences in the Thioredoxin Superfamily. Progress in Biophysics & Molecular Biology. 91 (3), 229-248 (2006).
- Bouchoux, G., Sablier, M., Berruyer-Penaud, F. Obtaining Thermochemical Data by the Extended Kinetic Method. J. Mass Spectrom. 39 (9), 986-997 (2004).
- Bouchoux, G., Desaphy, S., Bourcier, S., Malosse, C., Bimbong, R. N. B. Gas-Phase Protonation Thermochemistry of Arginine. J. Phys. Chem. B. 112 (11), 3410-3419 (2008).
- Bouchoux, G., Bimbong, R. N. B., Nacer, F. Gas-Phase Protonation Thermochemistry of Glutamic Acid. J. Phys. Chem. A. 113 (24), 6666-6676 (2009).
- Zheng, X., Cooks, R. G. Thermochemical Determinations by the Kinetic Method with Direct Entropy Correction. J. Phys. Chem. A. 106 (42), 9939-9946 (2002).
- Jones, C. M., Bernier, M., Carson, E., Colyer, K. E., Metz, R., Pawlow, A., Wischow, E. D., Webb, I., Andriole, E. J., Poutsma, J. C. Gas-phase acidities of the 20 protein amino acids. Int. J. Mass Spectrom. 267 (1-3), 54-62 (2007).
- Tan, J. P., Ren, J. Determination of the Gas-Phase Acidities of Cysteine-Polyalanine Peptides Using the Extended Kinetic Method. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 18 (2), 188-194 (2007).
- Harrison, A. G. The gas-phase basicities and proton affinities of amino acids and peptides. Mass Spectrom. Rev. 16 (4), 201-217 (1997).
- Gutte, B. . Peptides: Synthesis, Structures, and Applications. , (1995).
- Barany, G., Merrifield, R. B. Solid-phase peptide synthesis. The Peptides. 2, 1-284 (1979).
- Chan, W. C., White, P. D. . Fmoc Solid Phase Peptide Synthesis: A Practical Approach. , (2000).
