تفكك نقل الإلكترون

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
مطياف كتلة مصيدة أيونية مزود بقدرة على تفكك نقل الإلكترون
ترميز تجزئة الببتيد

يُعدّ تفكك نقل الإلكترون ( ETD ) طريقةً لتفتيت الجزيئات الغازية الكبيرة متعددة الشحنات في مطياف الكتلة بين مراحل مطياف الكتلة الترادفي (MS/MS). [ 1 ] على غرار تفكك التقاط الإلكترون ، يُحفّز ETD تفتيت الكاتيونات الكبيرة متعددة الشحنات عن طريق نقل الإلكترونات إليها. [ 2 ] يُستخدم ETD على نطاق واسع مع البوليمرات والجزيئات البيولوجية مثل البروتينات والببتيدات لتحليل التسلسل . [ 3 ] يؤدي نقل الإلكترون إلى انقسام العمود الفقري للببتيد إلى أيونات c و z مع الحفاظ على التعديلات اللاحقة للترجمة ( PTM) غير المستقرة. [ 4 ] تعمل هذه التقنية بكفاءة فقط مع أيونات الببتيد أو البوليمر ذات الشحنة العالية (z>2). [ 2 ] ومع ذلك، بالمقارنة مع التفكك الناتج عن التصادم (CID)، يُعدّ ETD مفيدًا لتفتيت الببتيدات الأطول أو حتى البروتينات الكاملة. [ 5 ] وهذا ما يجعل هذه التقنية مهمة لعلم البروتينات من أعلى إلى أسفل . وقد طوّر هذه الطريقة هانت وزملاؤه في جامعة فرجينيا . [ 6 ]

تاريخ

طُوِّرت تقنية تفكك التقاط الإلكترون (ECD) عام 1998 لتفتيت البروتينات الكبيرة لتحليلها باستخدام مطياف الكتلة. [ 7 ] ولأن هذه التقنية تتطلب كمية كبيرة من الإلكترونات شبه الحرارية (أقل من 0.2 إلكترون فولت)، فقد استُخدمت في البداية حصريًا مع مطياف الكتلة بالرنين الأيوني السيكلوتروني بتحويل فورييه (FTICR)، وهو أغلى أنواع أجهزة مطياف الكتلة. [ 8 ] أما الخيارات الأقل تكلفة، مثل أجهزة مطياف الكتلة رباعي الأقطاب ذي زمن الطيران (Q-TOF) ومصيدة الأيونات رباعية الأقطاب (QIT) ومصيدة الأيونات رباعية الأقطاب الخطية (QLT)، فقد استخدمت طريقة التفكك الناتج عن التصادم (CID) الأكثر استهلاكًا للطاقة ، مما أدى إلى تفتيت عشوائي للببتيدات والبروتينات. [ 9 ] وفي عام 2004، أعلن سيكا وزملاؤه عن ابتكار تقنية ETD، وهي طريقة تفكك مشابهة لتقنية ECD، ولكنها تستخدم مطيافًا تجاريًا منخفض التكلفة ومتوفرًا على نطاق واسع. أُجريت أولى تجارب ETD على مطياف الكتلة QLT المزود بمصدر تأين بالرذاذ الإلكتروني (ESI). [ 10 ]

مبدأ التشغيل

تتضمن عملية تفكك البروتين بنقل الإلكترون عدة خطوات. عادةً ما يُفصل خليط البروتين أولاً باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC). بعد ذلك، تُولّد جزيئات طليعية متعددة البروتونات بواسطة التأين بالرذاذ الإلكتروني وتُحقن في مطياف الكتلة. (لا يُمكن استخدام سوى الجزيئات ذات الشحنة 2+ أو أكبر في هذه العملية). ولنقل الإلكترون إلى الجزيئات الطليعية الموجبة، تُولّد أنيونات جذرية وتُوضع معها في مصيدة الأيونات. خلال تفاعل الأيونات، ينتقل الإلكترون إلى البروتين أو الببتيد الموجب الشحنة، مما يُسبب تفتتًا على طول سلسلة الببتيد. أخيرًا، تُحلل كتلة الشظايا الناتجة. [ 11 ]

تحضير الأنيون الجذري

في تجارب نقل الإلكترون الأصلية، استُخدم الأنثراسين (C14H10) لتوليد أنيونات جذرية تفاعلية من خلال التأين الكيميائي السالب . [ 10 ] استُخدمت عدة جزيئات هيدروكربونية عطرية متعددة الحلقات في تجارب لاحقة، مع كون الفلورانثين حاليًا الكاشف المفضل. [ 12 ] ومع ذلك، فإن كفاءة الفلورانثين في نقل الإلكترون تبلغ حوالي 40% فقط، لذا يجري البحث عن جزيئات أخرى ذات ألفة إلكترونية منخفضة . [ 11 ]

الحقن والتفتيت

يتفاعل أيون طليعي متعدد الشحنات مع أنيون جذري

عند دمج الكاتيونات الأولية (البروتينات أو الببتيدات) والأنيونات الجذرية في مصيدة الأيونات، ينتقل إلكترون إلى الكاتيون متعدد الشحنات. ينتج عن ذلك كاتيون جذري موجب غير مستقر بشحنة موجبة أقل وإلكترون فردي. [ 13 ] يحدث التفتت على طول سلسلة الببتيد عند الرابطة N-Cα، مما يؤدي إلى أيونات مجزأة من النوعين c و z. [ 14 ]

تتفتت الكاتيونات الجذرية للبروتين أو الببتيد إلى أيون c وأيون z

تحليل الكتلة

يُتيح التفتيت الناتج عن تقنية ETD الحصول على معلومات أكثر اكتمالًا حول تسلسل البروتين من أطياف ETD مقارنةً بقياس الطيف الكتلي الترادفي CID. ونظرًا لاكتشاف العديد من أيونات النوعين c و z في العمود الفقري للببتيد، يُمكن استخلاص تغطية تسلسلية شبه كاملة للعديد من الببتيدات من أطياف تفتيت ETD. [ 15 ] يُمكن قراءة تسلسلات تتراوح بين 15 و40 حمضًا أمينيًا في كلٍ من الطرف الأميني (N) والطرف الكربوكسيلي (C) للبروتين باستخدام قيم نسبة الكتلة إلى الشحنة للأيونات أحادية وثنائية الشحنة. يُمكن مقارنة هذه التسلسلات، بالإضافة إلى الكتلة المقاسة للبروتين السليم، مع بيانات قواعد البيانات الخاصة بالبروتينات المعروفة، وذلك للكشف عن التعديلات اللاحقة للترجمة. [ 16 ]

الأجهزة

مخطط تخطيطي لـ LTQ مع ETD
مصيدة أيونية عالية السعة من بروكر مع ETD (مخطط تخطيطي) 

يحدث تفكك نقل الإلكترون في مطياف الكتلة ذي مصيدة الأيونات المزود بمصدر تأين بالرذاذ الكهربائي. استخدمت أولى تجارب تفكك نقل الإلكترون في جامعة فرجينيا مصيدة أيونات خطية رباعية الأقطاب بترددات الراديو (LQT) مُعدّلة بمصدر تأين كيميائي (CI) في الجهة الخلفية للجهاز (انظر الرسم التوضيحي على اليمين). [ 10 ] ولأن الطيف يُمكن الحصول عليه في غضون 300 مللي ثانية تقريبًا، غالبًا ما يُقترن الاستشراب السائل بتقنية ETD MS/MS. [ 11 ] أما عيب استخدام مصيدة الأيونات الخطية رباعية الأقطاب فهو انخفاض قدرة فصل الكتلة مقارنةً بمطيافات الكتلة الأخرى. [ 14 ]

سعت دراسات لاحقة إلى استخدام أجهزة أخرى لتحسين دقة قياس الكتلة. وقد تسبب وجود مصدر تأين كيميائي سالب في الجزء الخلفي من الجهاز في تداخل مع محلل عالي الدقة في جهاز LQT-Orbitrap وجهاز قياس زمن الطيران رباعي الأقطاب (QTOF)، لذا تم إدخال طرق تأين بديلة للأنيونات الجذرية. [ 11 ]

في عام 2006، استخدم فريقٌ في جامعة بيردو بقيادة سكوت ماكلوكي مطياف كتلة ترادفي رباعي الأقطاب/زمن الطيران (QqTOF) مع  مصدر تأين مزدوج بتقنية التأين بالرش الإلكتروني النانوي النبضي/التأين الكيميائي بالضغط الجوي (APCI)، مستخدمًا الأنيونات الجذرية لـ 1،3-ثنائي نيتروبنزين كمانح للإلكترونات. [ 17 ] لاحقًا، قام مختبرٌ في جامعة ويسكونسن بتكييف مطياف كتلة هجين رباعي الأقطاب ذي مصيدة أيونية خطية-أوربيتراب لاستخدام تقنية نقل الإلكترون (ETD). كما استخدمت هذه الطريقة أيضًا طريقة تأين أمامية للأنيونات الجذرية لحمض 9-أنثراسين كاربوكسيليك عبر مصادر تأين بالرش الإلكتروني المزدوجة النبضية. [ 18 ]

مع تزايد شعبية تقنية ETD في تحليل بنية البروتينات والببتيدات، يستمر تطبيقها على مطياف الكتلة ذي المصيدة الأيونية المتاح بسهولة والمقترن بمحللات الكتلة عالية الدقة في التطور. [ 19 ]

التطبيقات

علم البروتينات

تُستخدم تقنية ETD على نطاق واسع في تحليل البروتينات والببتيدات الكبيرة. وتُحلل باستخدامها تعديلات ما بعد الترجمة المهمة، بما في ذلك الفسفرة والغليكوزيل وروابط ثنائي الكبريتيد. [ 20 ]

كيمياء البوليمرات

على الرغم من أن تحليلات البوليمرات باستخدام مطياف الكتلة قد أُجريت في الغالب باستخدام مطياف الكتلة أحادي المرحلة، فقد استُخدم مطياف الكتلة الترادفي أيضًا لتوصيف مكونات البوليمر. يُعد التفكك الناتج عن التصادم (CID) الطريقة الأكثر شيوعًا للتفكك، ولكن استُخدم التفكك الناتج عن نقل الإلكترون (ETD) كطريقة تكميلية. توفر انشقاقات الروابط الفريدة الناتجة عن ETD معلومات تشخيصية قيّمة. [ 2 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ داس، شابيل (2007). أساسيات قياس الطيف الكتلي المعاصر . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده. ص  128. ISBN 978-0-470-11848-1.
  2. هارت -سميث، جين ( 15 يناير 2014). "مراجعة لتقنية مطيافية الكتلة الترادفية لالتقاط الإلكترون وتفكك نقل الإلكترون في كيمياء البوليمرات". مجلة Analytica Chimica Acta . مطيافية كتلة البوليمرات. 808 : 44-55 . Bibcode : 2014AcAC..808...44H . doi : 10.1016/j.aca.2013.09.033 . PMID 24370092 . 
  3. ↑ برودبيلت، جينيفر س. (11 ديسمبر 2015). "طرق تنشيط الأيونات للببتيدات والبروتينات" . الكيمياء التحليلية . 88 (1): 30-51 . doi : 10.1021/acs.analchem.5b04563 . PMC 5553572. PMID 26630359 .  
  4. ↑ كون، جوشوا جيه؛ سيكا، جون إي بي؛ شابانوويتز، جيفري؛ هانت، دونالد إف. (أبريل 2005). "مطياف الكتلة الترادفي لتحليل تسلسل الببتيدات والبروتينات" . BioTechniques . 38 (4): 519، 521، 523. doi : 10.2144/05384te01 . PMID 15884666 . 
  5. ↑ جود، ديفيد م.؛ ويرتالا، ماثيو؛ ماكاليستر، غرايم س.؛ كون، جوشوا ج. (1 نوفمبر 2007). "خصائص أداء مطيافية الكتلة لتفكك نقل الإلكترون" . البروتينات الجزيئية والخلوية . 6 (11): 1942-1951 . doi : 10.1074/mcp.M700073-MCP200 . ISSN 1535-9476 . PMID 17673454 .  
  6. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 7534622 ، دونالد ف. هانت، جوشوا ج. كون، جون إي بي سيكا، جارود أ. مارتو، "تفكك نقل الإلكترون لتحليل مطياف الكتلة لتسلسل البوليمرات الحيوية"، صدرت في 19 مايو 2009 
  7. ↑ زوباريف، رومان أ.؛ كيليهر، نيل ل.؛ ماكلافيرتي، فريد و. (1998-04-01). "تفكك كاتيونات البروتين متعددة الشحنات عن طريق التقاط الإلكترون: عملية غير إرجودية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 120 (13): 3265-3266 . doi : 10.1021/ja973478k . ISSN 0002-7863 . 
  8. ↑ ماكلافيرتي، فريد دبليو؛ هورن، ديفيد إم؛ برويكر، كاثرين؛ جي، يينغ؛ لويس، مارك إيه؛ سيردا، بلاس؛ زوباريف، رومان إيه؛ كاربنتر، باري كيه. (2001-03-01). "تفكك أيونات غازية متعددة الشحنات عن طريق التقاط الإلكترون بواسطة رنين السيكلوترون الأيوني بتحويل فورييه". مجلة الجمعية الأمريكية لعلم قياس الطيف الكتلي . 12 (3): 245-249 . Bibcode : 2001JASMS..12..245M . doi : 10.1016/S1044-0305(00)00223-3 . ISSN 1044-0305 . PMID 11281599. S2CID 45275450 .   
  9. ↑ ميتشل ويلز، ج.؛ ماكلوكي، سكوت أ. (2005-01-01). "التفكك الناتج عن التصادم (CID) للببتيدات والبروتينات". مطيافية الكتلة البيولوجية . طرق في علم الإنزيمات. المجلد 402. الصفحات 148-185 . doi : 10.1016/s0076-6879(05)02005-7 . ISBN   9780121828073PMID 16401509​​ 
  10. 1 2 3 سيكا جيه إي، كون جيه جيه، شرودر إم جيه، شابانوويتز جيه، هانت دي إف (2004). "تحليل تسلسل الببتيدات والبروتينات باستخدام مطياف الكتلة بالتفكك الناتج عن نقل الإلكترون" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 101 (26): 9528-33 . Bibcode : 2004PNAS..101.9528S . doi : 10.1073/pnas.0402700101 . PMC 470779. PMID 15210983 .  
  11. 1 2 3 4 كيم، مين سيك؛ باندي، أخيلش (2012-02-01). "مطيافية الكتلة لتفكك نقل الإلكترون في علم البروتينات" . علم البروتينات . 12 ( 4-5 ): 530-542 . doi : 10.1002/pmic.201100517 . ISSN 1615-9861 . PMC 3664229. PMID 22246976 .   
  12. ↑ تشي، آن؛ هوتينهاور، كورتيس؛ جير، لويس واي؛ كون، جوشوا جيه؛ سيكا، جون إي بي؛ باي، دينا إل؛ شابانوويتز، جيفري؛ بيرك، دانيال جيه؛ ترويانسكايا، أولغا جي. (13 فبراير 2007). "تحليل مواقع الفسفرة على البروتينات من الخميرة Saccharomyces cerevisiae باستخدام مطياف الكتلة بتقنية تفكك نقل الإلكترون (ETD)" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 104 (7): 2193-2198 . Bibcode : 2007PNAS..104.2193C . doi : 10.1073/pnas.0607084104 . ISSN 0027-8424 . PMC 1892997 . PMID 17287358 .   
  13. ↑ "تفكك نقل الإلكترون" . المختبر الوطني للمجالات المغناطيسية العالية . 28 أغسطس 2015. تم الاطلاع عليه في 1 مارس 2016 .
  14. 1 2 تشي، يولين؛ فولمر، ديتريش أ. (2015-10-01). "طرق التجزئة الإلكترونية في قياس الطيف الكتلي: نظرة عامة" . مراجعات قياس الطيف الكتلي . 36 (1): 4-15 . Bibcode : 2017MSRv...36....4Q . doi : 10.1002/mas.21482 . ISSN 1098-2787 . PMID 26445267 .  
  15. ↑ تشانغ، تشيبين؛ فرولوف، أندريه؛ تانغ، نينغ؛ هوفمان، رالف؛ فان دي غور، توم؛ ميتز، توماس أو.؛ ​​سميث، ريتشارد د. (15 مارس 2007). "تطبيق مطيافية الكتلة لتفكك نقل الإلكترون في تحليلات الببتيدات المُغلْكَزة غير الأنزيمية" . الاتصالات السريعة في مطيافية الكتلة . 21 (5): 661-666 . Bibcode : 2007RCMS...21..661Z . doi : 10.1002/rcm.2884 . ISSN 1097-0231 . PMC 2731431. PMID 17279487 .   
  16. ↑ تشي، آن؛ باي، دينا ل.؛ جير، لويس ي.؛ شابانوويتز، جيفري؛ هانت، دونالد ف. (2007-01-01). "تحليل البروتينات السليمة على نطاق زمني كروماتوغرافي باستخدام مطياف الكتلة الترادفي لتفكك نقل الإلكترون" . المجلة الدولية لمطياف الكتلة . عدد خاص لدونالد ف. هانت. 259 ( 1-3 ): 197-203 . Bibcode : 2007IJMSp.259..197C . doi : 10.1016/ j.ijms.2006.09.030 . PMC 1826913. PMID 17364019 .  
  17. ↑ شيا، يو؛ كريسمان، بول أ.؛ إريكسون، ديفيد إي.؛ ليو، جيان؛ ليانغ، شياورونغ؛ لوندري، فرانك أ.؛ يانغ، مين ج.؛ ماكلوكي، سكوت أ. (2006-06-01). "تطبيق تفاعلات الأيونات في مطياف الكتلة الترادفي رباعي الأقطاب/زمن الطيران" . الكيمياء التحليلية . 78 (12): 4146-4154 . doi : 10.1021/ac0606296 . ISSN 0003-2700 . PMC 2575740. PMID 16771545 .   
  18. ↑ ماكاليستر، غرايم سي؛ فانستيل، دوغ؛ غود، ديفيد إم؛ بيرغرين، دبليو ترافيس؛ كون، جوشوا جيه. (2007-05-01). "تطبيق تفكك نقل الإلكترون على مطياف كتلة هجين خطي مصيدة أيونية-أوربيتراب" . الكيمياء التحليلية . 79 (10): 3525-3534 . doi : 10.1021/ac070020k . ISSN 0003-2700 . PMC 2662514. PMID 17441688 .   
  19. ↑ زوروف، كونستانتين أو.؛ ​​فورنيلي، لوكا؛ وودريش، ماثيو د.؛ لاسكاي، أونيج أ.؛ تسيبين، يوري أو. (28-05-2013). "مبادئ قياس الطيف الكتلي لالتقاط الإلكترون ونقل التفكك المطبقة على تحليل بنية الببتيد والبروتين". مجلة الجمعية الكيميائية . 42 (12): 5014-30 . doi : 10.1039/c3cs35477f . ISSN 1460-4744 . PMID 23450212 .  
  20. ↑ فيزنر، جوليا؛ بريمسلر، توماس؛ سيكمان، ألبرت (1 نوفمبر 2008). "تطبيق تفكك نقل الإلكترون (ETD) لتحليل التعديلات ما بعد الترجمة" . علم البروتينات . 8 (21): 4466-4483 . doi : 10.1002/pmic.200800329 . ISSN 1615-9861 . PMID 18972526. S2CID 206362597 .