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Mass Spectrometry: from the proton to the protein

Mass spectrometry can be used not only to quantify pesticides but also to carry out gas phase reactions. One can determine, for instance, the binding energy in a molecule-bioreceptor complex.
by

Javier González

on 23 April 2013

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Transcript of Mass Spectrometry: from the proton to the protein

Analítica de Alimentos Espectro de masas de almidón calentado usando infusión directa ESI-FT-ICR Golon, A., F. J. González, et al. (2012). "Investigating the Thermal Decomposition of Starch and Cellulose in Model Systems and Toasted Bread Using Domino Tandem Mass Spectrometry." Journal of Agricultural and Food Chemistry 61(3): 674-684. Actualmente las técnicas químico-físicas en tandem como GC-MS ó LC-MS son las más utilizadas para estudiar alimentos.

Avances en las técnicas de ionización: posibilidad de ionizar moléculas de gran tamaño y/o baja volatilidad.

Mayor y mejor conocimiento de la estructura, composición y propiedades de los componentes, tanto mayoritarios como minoritarios de los alimentos. Mass Spectrometry:
from the proton to the protein Química-Física Espectrometría
de
Masas Alimentos MSMS de un oligosacárido formado en el pan tostado Se compró pan de molde normal Se tostó durante 3 min. Se tomó la corteza y se disolvió en agua. La muestra ya preparada se inyectó en el espectrómetro. Descomposición térmica de almidón y celulosa en estándares y en muestras de pan Proteinas MSMS de Ubiquitina mediante ECD-ESI-FT-ICR Espectro de masas (MALDI-FT-ICR) de mioglobina tras la digestión con tripsina Espectro de fragmentación del péptido con mz = 1607 mediante SORI-CID ¿Qué se puede hacer con una proteina en MS? TOP-DOWN FRAGMENTATION Identificación de sitios de unión con otras moléculas.
Identificación de proteinas sin necesidad de hacer digestión peptídica.
Búsqueda de PTM (Modificaciones Post-Traduccionales) Secuenciacion "de-novo" con o sin digestión previa:
Con espectros de fragmentación de masa exacta y software especializado, es posible secuenciar una proteina desconocida.
Identificar proteinas a través de su huella peptídica:
Usando enzimas que rompan enlaces específicos, se puede analizar el espectro de los péptidos resultantes con masa exacta y llevarlo a bases de datos para verificar qué proteina tenemos.
Búsqueda de modificaciones postraduccionales:
Haciendo MS podemos determinar en que aminoácido de la secuencia hay, por ejemplo un fosfato enlazado tras la formación de la proteina.

...incluso más n Zoom del pico correspondiente a m/z = 1347 Conclusiones La espectrometría de masas no se reduce únicamente a una herramienta analítica para, por ejemplo, cuantificar pesticidas. También es posible estudiar la relación estructura-energética-reactividad de grupos funcionales determinados. Esto nos da el conocimiento para saber como variarán las propiedades de la molécula al variar su entorno, al cambiar un átomo por otro (S por Se), etc. Se trata no obstante de una potente herramienta para solucionar problemas analíticos, biotecnológicos, etc. Permite estudiar tanto moléculas pequeñas presentes en plantas, alimentos, tejidos... como biomoléculas de gran tamaño, proteinas, polímeros para materiales... Extended Kinetic Method [A•••H•••B] K B ­ + HA ∆S K A + HB ∆S - 1 2 - 1 - 2 Extended Kinetic Method ΔGmuestra = ΔHmuestra - TΔSmuestra Ordenada = ΔHmuestra Pendiente = ΔSmuestra Extended Kinetic Method Ejemplos Biológicos de Enlaces de Hidrógeno Variación de la población según las condiciones de ionización En disolución (Agua) En fase gas Variación de la población según las condiciones de ionización Variación de la población según las condiciones de ionización 334.5 ± 1.9 (332.4) 332.7 ± 2.0 (333.5) 318.3 ± 2.1(319.9) 332.2 ± 2.0 (332.8) 317.3 ± 2.2 (318.3 ) m/z = 143 E = 1.5 eV ¿Se pueden medir otras energías de enlace? SI, pero cómo Energética Estabilización del estradiol en su receptor ER2/ERalpha . Para estudiar iones en fase gas, primero hay que producirlos, ¿cómo lo hacemos? L-CID Method ¿Cómo generamos iones? Ley de Lorentz

f = q(E + v x B) ¿Cómo movemos los iones? TRIPLE CUADRUPOLO Varian 320-MS Fragmentación del dímero (CB H ) Li a energías conocidas 11 12 2 Esquema de la formación de iones en una fuente ESI Existe una competitividad entre ambas moléculas por el protón. Guerrero, A., Dávalos, J.Z., et al., "Gas phase acidity measurement of local acidic groups in multifunctional species: Controlling the binding sites in hydroxycinnamic acids." Journal of The American Chemical Society (Submitted&Accepted) Dávalos, J. Z., J. González, et al. (2012). "Anionic Oligomerization of Li2[B12H12] and Li[CB11H12]: An Experimental and Computational Study." The Journal of Physical Chemistry C 117(3): 1495-1501. R = H, OH, CH3, O-CO-CH3 Aislamiento
de los
iones de interés Fragmentación de estos iones Agrupación de los fragmentos dentro del rango de masas seleccionado Generación
de iones Detección
de m/z Gracias por asistir Disolución Gas 3-5 kV Funcionamiento de un MALDI
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