Electron capture dissociation mass spectrometry: characterization of biological and dendritic polymer cations
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 오한빈
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학
- 식별자(기타) 000000103707
- 본문언어 영어
초록/요약
Electron capture dissociation mass spectrometry (ECD MS) is a powerful fragmentation method for biomolecular analysis by providing more information than that by conventional dissociation techniques. Based on earlier studies, we discuss the fundamentals and applications of ECD in Part I. Intramolecular charge-solvation reaction between amide functionalities and protonation sites play an important role in understanding ECD mechanism. The discussion about these will be given in Part IIand Part III. The 3rd generation polyamidoamine (PAMAM) dendrimer that contains amide functionalities was studied for examining the role of amide functionality in ECD pathways using ECD-MS. PAMAM ECD was found to exhibit a fragmentation pattern strikingly different from that of ordinary peptide/protein ECD. Specifically, ECD of multiply protonated PAMAM dendrimer ions gave rise to significant b•, y cleavages as well as S, E dissociations but, only minor c, z• fragmentations are observed. In an effort to account for the unexpectedly different fragmentation pattern, a comparative ECD experiment on the poly(propylene imine) dendrimer in which the amide bond moiety is not available and density functional theory calculations (B3LYP/6-311 + G(d)) investigations on the model system of a charge-solvated single-repeat unit were carried out. In addition to above experiment, we investigated peptides as a model system containing variation in both structure and thermochemistry for understanding ECD process. The model peptides are eleven doubly protonated peptides with a residue homologous to lysine. The lysine-homologous peptides exhibited overall ECD fragmentation patterns similar to that of the lysine-containing peptides in terms of the locations, abundances, and ion types of products, such as yielding c+ and z+• ions as the dominant product ions. However, a close inspection of product ion mass spectra showed that ECD-MS for the alanine-rich peptides with an ornithinyl or 2,4-diaminobutanoyl residue gave rise to b ions, while the lysinyl-residue-containing peptides did not, in most cases, produce any b ions. The peptide selectivity in the generation of b+ ions could be understood from within the framework of the mobile proton model in ECD-MS, previously proposed by Cooper. In recent years, optimum operation condition for ECD-MS as well as ECD mechanism has been focused on investigation of ECD. The ECD fragmentation behavior of a 8.6 kDa ubiquitin cation under condition, in which a dispenser cathode electron source was mounted just outside an ion cyclotron resonance (ICR) cell will be discussed in Part Ⅳ. When a heated dispenser cathode was used as the electron source instead of a filament, we observed a large number of fragment ions. This ECD fragmentation behavior resulted from thermal activation of the molecular ions stored in the ICR cell since the heated dispenser cathode (Tcathode surface > 1000oC) emitted a large amount of (both visible and infrared) radiation as well as electrons. As a result, an evaluation of the internal temperature of ubiquitin 6+ and 7+ cations was made by comparing our ECD fragmentation patterns with those obtained by McLafferty et al. as a function of the ion temperature. A careful comparison reveals that the fragmentation patterns obtained in this work are very similar to those previously measured at T ~ 125 oC.
more초록/요약
전자포획분해 질량분석법 (ECD MS)은 기존의 분해방법과 다른 분해양상을 나타냄으로써 생체분자 분석에 있어서 강력한 방법으로 주목되고 있다. 앞선 연구를 바탕으로 ECD의 원리와 응용에 관하여 Part I에서 논의하겠다. 아미드 작용기와 양성자화된 부분의 분자내 전하-용매화 반응은 ECD MS의 메커니즘을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 이에 대한 논의를 Part II과 Part III 에서 하고자 한다. 먼저 ECD에서 아미드 작용기의 중요성을 알아보기 위해 아미드 작용기를 가지는 3세대 폴리아미노아민 (PAMAM) 덴드리머에 대한 ECD MS 연구를 하였다. PAMAM 덴드리머의 ECD의 분해 양상은 보통의 펩타이드/단백질의 ECD에서 나타나는 것과 두드러지게 달랐다. 특히, 다가 PAMAM 덴드리머 이온의 ECD에서는 S, E 분해뿐만 아니라 b•, y분해도 나타났으며 c, z• 분해는 소량만 나타났다. 이러한 예상치 못한 다른 분해양상을 설명하기 위해, 아미드 작용기가 없는 폴리(프로필렌 이민) 덴드리머의 ECD 실험과 비교를 하였으며 용매화된 전자의 단일-반복 단위의 모델 체계에 대한 밀도 함수의 이론 계산 (B3LYP/6-311 + G(d))을 수행하였다. 이와 같은 실험과 더불어 ECD 메커니즘의 이해를 돕기 위해 양성자화된 부분의 열역학적, 구조적 특성을 달리하는 모델 펩타이드에 대한 연구를 하였다. 모델 펩타이드는 라이신 유도체를 포함하는 11개의 2가 이온 펩타이드이다. 대부분의 라이신 유도체를 포함하는 펩타이드의 ECD 양상은 위치라던가 존재비, 주로 생성되는 이온 형태가 c+ 와 z+• 이온이라는 점에서 라이신기를 포함하는 펩타이드의 분해 양상과 흡사하다. 그러나, 라이신기을 포함하는 펩타이드에서는 나타나지 않았던 b 이온이 오르니티닐기과 2,4-다이아미노부타닐기를 포함하는 펩타이드의 ECD-MS에서 나타났다. b+ 이온 생성에 관한 펩타이드의 선택성은 Cooper에 의해 제안된 ECD MS에서의 이동성 양성자 모델로 설명할 수 있다. ECD 메커니즘에 대한 연구와 더불어 효과적인 ECD MS을 위한 최적화된 조건에 대한 연구도 중요하다. Part Ⅳ에서는 가열된 dispenser cathode가 장착된 이온 사이클로트론 공명 (ICR) 셀에서 8.6 kDa 유비퀴틴 단백질의 양이온을 ECD를 하였을 때 나타나는 분해 양상에 대해 논의하고자 한다. 가열된 dispenser cathode를 전자원으로 할 경우 필라멘트를 이용할 때 보다 많은 분해 이온이 생성되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 ECD 양상은 가열된 음극 (T음극표면>1000 oC)이 전자뿐만 아니라 많은 양의 (가시광선과 적외선)복사선을 방출하기 때문에 ICR 셀 내부에 갇힌 분자 이온들이 열적으로 활성화되어 나타난 결과이다. 이 결과를 통해 6가와 7가 유비퀴틴 양이온의 내부 온도 측정이 가능하였는데 이는 McLafferty 그룹의 실험에서 온도의 함수로 나타낸 유비퀴틴 양이온의 ECD 분해 양상과 비교함으로써 이루어졌다. 면밀한 비교 결과, 본 실험에서 얻은 분해 양상은 앞선 실험에서 ~125oC에서 측정된 양상과 매우 유사함을 알 수 있었다.
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