Characterizing Macromolecular Dipole Moments via Differential Ion Mobility Spectrometry with Linked Field/Pressure Scans
Postery | 2023 | Shimadzu | ASMSInstrumentace
V differential ion mobility spectrometry (FAIMS) se díky vysokému elektrickému poli mohou u velkých biomolekul detekovat permanentní dipólové momenty, které odrážejí jejich sekundární a terciární strukturu. Analýza těchto momentů umožňuje doplnit klasická měření kolizních průřezů o informaci o směrovém chování molekuly v plynném stavu.
Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat postup propojených skenů disperzního pole a tlaku za konstantního poměru E/N, aby bylo možné oddělit efekty dipólové orientace od ostatních vysokopolních jevů ve FAIMS. Pro ověření přístupu byly analyzovány dva proteiny: bovinní sérové albumin (BSA, 66,5 kDa) a β-galaktosidáza (βGal, 105 kDa).
Propojené skeny elektrického pole a tlaku ve FAIMS poskytují robustní přístup k extrakci dipólových momentů a směrových kolizních průřezů velkých proteinů. Metoda ukazuje přímou vazbu mezi stavem nabití, strukturou a dipólovým momentem a otevírá nové možnosti pro studium biomolekulárních konformací.
Iontová mobilita, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
ZaměřeníVýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
V differential ion mobility spectrometry (FAIMS) se díky vysokému elektrickému poli mohou u velkých biomolekul detekovat permanentní dipólové momenty, které odrážejí jejich sekundární a terciární strukturu. Analýza těchto momentů umožňuje doplnit klasická měření kolizních průřezů o informaci o směrovém chování molekuly v plynném stavu.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat postup propojených skenů disperzního pole a tlaku za konstantního poměru E/N, aby bylo možné oddělit efekty dipólové orientace od ostatních vysokopolních jevů ve FAIMS. Pro ověření přístupu byly analyzovány dva proteiny: bovinní sérové albumin (BSA, 66,5 kDa) a β-galaktosidáza (βGal, 105 kDa).
Použitá metodika a instrumentace
- Vzorky připravené v 50:49:1 metanol/voda/kyselina mravenčí, vstřik ESI 9 µL/min.
- Analytika prováděna na modifikovaném LCMS-8060 s vDMS buňkou umístěnou mezi desolvací (DL) a kvadrupóry (Q1/Q2).
- FAIMS parametry: obdélníkový vlnový průběh 200 kHz, poměr délek pulsu 2,5; tlak N₂ v buňce řízen 35–245 mbar při 80 °C.
- Linked skeny spočívající v udržení konstantního poměru ED/N při simultánní změně disperzního napětí a tlaku plynu.
Hlavní výsledky a diskuse
- Při nižších tlacích FAIMS spektra vykazují jednoduché Gaussovské rozdělení, které se se stoupajícím tlakem rozvíjejí na nízkofrekvenční straně a indikují rostoucí podíl orientovaných dipólů.
- U BSA se průměrný dipólový moment zvyšuje s nábojem a pro z~40–50 je pozorován skok spojený s unfoldingem, obdobně jako u lineárního IMS rostou kolizní průřezy s nabitím.
- U βGal byly zjištěny výraznější projevy orientace dipólů již při nižších tlacích a u vyšších stavů nabití, což odpovídá vyššímu dipólovému momentu a delší molekulární struktuře.
- Směrové kolizní průřezy potvrzují teoretický předpoklad, že silné dipóly se v poli orientují podél hlavní osy molekuly, čímž se snižuje kolizní průřez v kolmém směru vůči průměrnému CCS.
Přínosy a praktické využití metody
- Přímé stanovení velikosti dipólových momentů a jejich rozdělení v populaci konformerů makromolekul.
- Doplňková charakterizace konformačních přechodů a unfoldingu proteinů nad rámec standardních IMS měření.
- Možnost monitorování stability proteinových vzorků a kvality biochemických preparátů v reálném čase.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozšíření aplikace na další biomakromolekuly, nativní komplexy a polymerní systémy.
- Kombinace s vysoce rozlišenou hmotnostní spektrometrií a kolizními technikami pro detailní strukturální analýzu.
- Využití ve farmaceutickém vývoji, proteomice a diagnostice k monitorování konformace a interakcí biomolekul.
Závěr
Propojené skeny elektrického pole a tlaku ve FAIMS poskytují robustní přístup k extrakci dipólových momentů a směrových kolizních průřezů velkých proteinů. Metoda ukazuje přímou vazbu mezi stavem nabití, strukturou a dipólovým momentem a otevírá nové možnosti pro studium biomolekulárních konformací.
Reference
- A. A. Shvartsburg, T. Bryskiewiecz, R. W. Purves, K. Tang, R. Guevremont, R. D. Smith. Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry Studies of Proteins: Dipole Alignment in Ion Mobility Spectrometry? J. Phys. Chem. B 2006, 110, 21966.
- A. A. Shvartsburg, S. Y. Noskov, R. W. Purves, R. D. Smith. Pendular Proteins in Gases and New Avenues for Characterization of Macromolecules by Ion Mobility Spectrometry. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 6495.
- A. A. Shvartsburg, R. Andrzejewski, A. Entwistle, R. Giles. Ion Mobility Spectrometry of Macromolecules with Dipole Alignment Switchable by Varying the Gas Pressure. Anal. Chem. 2019, 91, 8176.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
The Agilent Ion Mobility Q-TOF Mass Spectrometer System
2021|Agilent Technologies|Technické články
The Agilent Ion Mobility Q-TOF Mass Spectrometer System Technical Overview Authors Ruwan Kurulugama, Ken Imatani, and The Agilent Ion Mobility Q-TOF Mass Spectrometer System Lester Taylor • Delivers an added dimension of separation Agilent Technologies, Inc. • Provides direct measurement…
Klíčová slova
drift, driftmobility, mobilityion, ionfunnel, funnelseparation, separationcross, crosscollision, collisionions, ionsfield, fieldstructural, structuraltube, tubeagilent, agilentuniform, uniformsection, sectiontrapping
DPiMS-MS (PESI) combined with vacuum differential mobility spectrometry for rapid forensic analysis
2024|Shimadzu|Postery
TP 018 DPiMS-MS (PESI) combined with vacuum differential mobility spectrometry for rapid forensic analysis. Gordon Kearney1 , Patrick Knight1, Andrew Entwistle1, Franck Saint-Marcoux2, Pauline Griffeuille2, Souleiman El Balkhi2, Ann-Christin Niehoff3, Stephane Moreau3 (1) Shimadzu Research Laboratory (Europe), Manchester, UK; (2)…
Klíčová slova
vdms, vdmscortisol, cortisoledn, ednecn, ecndpims, dpimspesi, pesisaliva, salivaenabled, enabledspecies, speciessettings, settingssolvent, solventgeneric, genericmetoh, metohdifferential, differentialmobility
AN IMPROVED CALIBRATION APPROACH FOR TRAVELLING WAVE ION MOBILITY SPECTROMETRY: ROBUST, HIGH-PRECISION COLLISION CROSS SECTIONS
2019|Waters|Postery
AN IMPROVED CALIBRATION APPROACH FOR TRAVELLING WAVE ION MOBILITY SPECTROMETRY: ROBUST, HIGH-PRECISION COLLISION CROSS SECTIONS Keith Richardson1, David Langridge1, Kevin Giles1, Sugyan Dixit2, Jakub Ujma1, Brandon Ruotolo2 1 Waters Corporation, Altrincham Road, Wilmslow, UK; 2Department of Chemistry, University of Michigan,…
Klíčová slova
twim, twimwave, wavetravelling, travellingcalibrations, calibrationsvelocity, velocitycalibration, calibrationccs, ccsion, ionradial, radialover, overions, ionsaxis, axisnative, nativeresiduals, residualsshow
APPLICATION NOTEBOOK - STRUCTURAL ELUCIDATION
2015|Waters|Příručky
[ APPLICATION NOTEBOOK ] STRUCTURAL ELUCIDATION 1 This notebook is an excerpt from the larger Waters’ Application Notebook on Metabolomics and Lipidomics #720005245EN TABLE OF CONTENTS 3 Introduction 4 Traditional Herbal Medicine Structural Elucidation using SYNAPT HDMS with Time-Aligned Parallel…
Klíčová slova
mobility, mobilityorientin, orientinhdms, hdmsccs, ccswave, waveims, imsflavonoids, flavonoidsion, ionstructural, structuralelucidation, elucidationherbal, herbalsynapt, synaptisoorientin, isoorientinions, ionstof