ЖЭТФ, 2020, том 157, вып. 4, стр. 745-753

ФОТОДИССОЦИАЦИЯ ПЕПТИДОВ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ

ИЗЛУЧЕНИЕМ: НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА МОДЕЛЬ

МОБИЛЬНОГО ПРОТОНА

Е. М. Соловьеваa*, А. Ю. Переверзев^b, М. В. Горшков^a, О. В. Бояркин^b

^a Институт энергетических проблем химической физики им. В. Л. Тальрозе

Федерального исследовательского центра химической физики им. Н. Н. Семенова Российской академии наук

119991, Москва, Россия

^b Laboratoire de Chimie Physique Moléculaire,

École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Station-6

1015, Lausanne, Switzerland

Поступила в редакцию 2 сентября 2019 г.,

после переработки 24 октября 2019 г.

Принята к публикации 29 октября 2019 г.

Обсуждаются возможные механизмы фотодиссоциации ионов пептидов под воздействием лазерного из-

лучения УФ-диапазона с длиной волны 193 нм, а также влияние протона, участвующего в ионизации,

на получаемые масс-спектры. Показано, что замещение ионизирующего протона на катионы щелоч-

ного металла (натрия) приводит к значительному изменению спектров фотофрагментации пептидов.

Полученные экспериментальные данные демонстрируют возможность качественного описания процесса

фотодиссоциации пептидов ультрафиолетовым излучением в рамках обсуждаемой в литературе моде-

ли мобильного протона, используемой для объяснения процесса столкновительной диссоциации ионов

пептидов. Полученные результаты могут использоваться для оптимизации условий анализа смесей пеп-

тидов методами тандемной масс-спектрометрии, а также предсказания спектров фрагментации пептидов

с известными аминокислотными последовательностями в задачах идентификации белков.

DOI: 10.31857/S0044451020040185

тирующих молекул могут совпадать, идентифика-

ция пептидов исключительно на основе точной мас-

1. ВВЕДЕНИЕ

сы исходного иона невозможна. Использование тан-

демной масс-спектрометрии позволяет восстановить

На сегодняшний день значительное число био-

точную аминокислотную последовательность изуча-

логических и медицинских исследований связан-

емой молекулы на основе масс ее фрагментов [5, 6].

ны с изучением белков клеток живых организ-

Таким образом, диссоциация пептидов являет-

мов [1, 2]. Основным методом качественного и ко-

ся критически важным этапом успешного анали-

личественного анализа белков является тандемная

за сложных биологических смесей. При этом по-

масс-спектрометрия. В данном подходе белки снача-

нимание фундаментальных механизмов протекания

ла подвергаются ферментативному гидролизу для

реакции диссоциации позволяет не только опти-

получения смеси пептидов (частей белков пример-

мизировать экспериментальные условия проведения

но до 30 аминокислотных остатков), затем проис-

анализа [7, 8], но и решить проблему с предсказа-

ходит их разделение с использованием жидкостной

нием относительных интенсивностей фрагментов в

хроматографии. После этого пептиды ионизуются

масс-спектрах, что, в свою очередь, может быть ис-

и поступают в масс-спектрометр. Идентификация

пользовано для повышения достоверности иденти-

компонент смеси осуществляется на основе масс-

фикации белков [9].

спектров фрагментов их ионов [3, 4]. Поскольку ко-

личество потенциальных комбинаций двадцати при-

Существует несколько способов фрагментации,

родных аминокислот очень высоко, а массы резуль-

которые приводят к разрыву различных связей в

пептидной цепи (рис. 1) [10, 11]. Наиболее распро-

^* E-mail: lisavetasol@gmail.com

страненным методом является диссоциация, активи-

745

Е. М. Соловьева, А. Ю. Переверзев, М. В. Горшков, О. В. Бояркин

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

v/w-ионы

Иммониевый ион

исключительно b- и y-фрагменты и, кроме того, по-

R₁

R_n

теря функциональных нековалентно связанных или

^xn-1

n-1

^zn-1

слабосвязанных групп в процессе фрагментации,

H N — CH —

C—

NH —

... — CH — C

а также зависимость эффективности фрагмента-

^a1

^b1

^c1

ции от массы анализируемого соединения [7, 21].

Использование альтернативных комплементарных

Рис. 1. Номенклатура фрагментов, получающихся при раз-

методов фрагментации позволяет решить многие

рыве полипептидной цепи

из перечисленных выше проблем ДАС [22]. Одним

из таких методов является активно развиваемая

рованная соударением (ДАС), которая происходит

в последние годы фотодиссоциация пептидов

при столкновении ионов с молекулами газа (аргона,

УФ-излучением (ФДУФ) [23-28].

гелия или азота) [12,13]. В этом методе разрыв связи

Основным преимуществом ФДУФ является по-

происходит преимущественно между карбонильной

лучение широкого набора ионов фрагментов пеп-

и амидной группами пептидной цепи с образовани-

тидов, включая фрагменты a-, b-, c-, x-, y- и z-се-

ем так называемых b- и y-фрагментов [14]. Энергия,

рий, а также иммониевых и v/w-фрагментов, ассо-

полученная молекулой при соударениях, достаточ-

циированных с разрывом связей в боковых цепях

но быстро перераспределяется между колебатель-

аминокислотных остатков (см. рис. 1) [26]. Получае-

ными степенями свободы, тем самым значительно

мая при этом высокая информативность масс-спект-

понижая энергию, приходящуюся на ту или иную

ров фрагментации позволяет достоверно различать

связь. Таким образом, необходима обратная пере-

изомерные аминокислотные остатки в последова-

дача энергии с так называемых активных степеней

тельностях за счет появления специфических ионов

свободы, что в случае молекул с большим числом

фрагментов [26, 29, 30], а также устанавливать на-

связей является статистически маловероятным про-

личие упомянутых выше слабосвязанных химичес-

цессом [15].

ких групп [31]. Кроме того, было показано, что

Для объяснения нехватки энергии для разры-

ФДУФ является эффективным методом диссоциа-

ва связей была предложена концепция так назы-

ции не только относительно небольших ионов пепти-

ваемого «мобильного протона», которая заключает-

дов, но и ионов целых белков, масса которых может

ся в непрерывной миграции протона, участвующего

достигать десятков тысяч дальтон [32-34].

в ионизации молекулы, по цепи пептидных связей

Тем не менее, несмотря на перечисленные выше

[16]. Наличие такого протона значительно понижа-

преимущества и достаточно широкое практическое

ет энергетический барьер разрыва связи за счет об-

применение, достоверный механизм ФДУФ на сего-

разования переходного комплекса с протонирован-

дняшний день не установлен. В общем случае по-

ным атомом азота амидной группы пептидной це-

глощение фотона приводит к возбуждению молеку-

пи [17]. Данная модель имеет множество как экс-

лы и ее переходу в более высокое электронное со-

периментальных, так и теоретических подтвержде-

стояние (в случае возбуждения пептидной группы

ний. Например, было показано, что наличие в по-

наблюдается π-π^∗-переход [35]). Далее, как правило,

следовательности основных аминокислотных остат-

рассматриваются два возможных механизма диссо-

ков (гистидин, лизин, аргинин) приводит к повы-

циации — быстрый, т. е. прямое пересечение возбуж-

шению пороговой энергии фрагментации пептидов

денного терма с диссоциативным, и медленный, про-

[18]. Кроме того, экспериментально продемонстри-

текающий с передачей энергии из возбужденного

рован внутримолекулярный перенос дейтерия в про-

электронного состояния на колебательные уровни

цессе фрагментации пептида [19]. Также рассчитан-

основного электронного состояния с последующим

ные по теории Райса - Рамспергера - Касселя - Мар-

разрывом связи за счет избытка энергии [36].

куса (РРКМ) энергетические барьеры реакций пе-

Для реализации медленного механизма также

реноса протона на азот и кислород пептидной связи

существуют два варианта — после релаксации систе-

оказываются значительно ниже пороговой энергии

мы в основное электронное состояние энергия мо-

фрагментации, что подтверждает возможность ми-

жет перераспределиться статистически по многим

грации протона до разрыва связи [20].

колебательным модам (intramolecular vibrational re-

Несмотря на широкую применимость метода

distribution, IVR [37]) или же остаться в большей

ДАС, он обладает рядом недостатков. В первую

степени в колебательных модах возбужденных свя-

очередь, это ограниченная информативность

зей. В пользу первого механизма говорят скорос-

масс-спектров, поскольку в них доминируют

ти, рассчитанные ранее с использованием теории

746

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

Фотодиссоциация пептидов ультрафиолетовым излучением. . .

РРКМ [38] и теории квазистационарного состояния

протона был синтезирован модельный пептид с

[39-42]. Ряд авторов выступают в поддержку второ-

последовательностью PAATAAGSLGSLK. Далее,

го механизма, демонстрируя нарушение изотопного

сухой пептид был растворен до концентрации

распределения в группах ионов a-фрагментов, тем

5 · 10-5 моль/л в равной смеси воды и ацето-

самым подтверждая теорию радикального разрыва

нитрила с добавлением 1 % муравьиной кислоты.

[43]. Кроме того, в экспериментах с пептидами, со-

Для получения соединений пептидов с натрием в

держащими ароматические аминокислотные остат-

раствор добавлялся иодид натрия. Ионы пепти-

ки, было показано, что разрыв связей по обе сто-

дов образовывались методом электрораспыления

роны от возбуждаемого хромофора является доми-

(electrospray ionization, ESI) [45] при напряжении

нирующей реакцией [44]. Поскольку существуют до-

2.5

кВ в источнике ионизации при атмосферном

казательства в поддержку как одной теории, так и

давлении. Исходные ионы пептидов изолировались

другой, было выдвинуто предположение, что фото-

квадрупольным масс-фильтром, после прохож-

фрагментация пептидов является комбинацией раз-

дения которого накапливались и удерживались

личных процессов [36].

в криогенной ионной ловушке, где происходило

Таким образом, в силу сложности процесса фо-

их охлаждение до колебательных температур

тофрагментации макромолекул, строгий теоретиче-

порядка

10-15

К в результате столкновений с

ский расчет скоростей реакции фрагментации прак-

ультрахолодными атомами гелия (7 К).

тически не представляется возможным. Однако ка-

После охлаждения ионы подвергались воздейст-

чественная зависимость интенсивностей спектров

вию импульсного лазерного излучения с длиной вол-

фрагментов от аминокислотной последовательности

ны λ = 193 нм оптического параметрического осцил-

может в значительной степени помочь в вопросах

лятора (ОРО, EKSPLA, Vilnius, Lithuania) с дли-

подбора оптимальных условий и объяснения полу-

тельностью импульсов 5 нс, частотой их следова-

чаемых спектров. Модель мобильного протона яв-

ния 10 Гц и энергией 0.5-5 мДж. После задерж-

ляется удобной для практического применения и по-

ки 10-40 мс ион-предшественник и его фрагмен-

всеместно используется для объяснения эксперимен-

ты транспортировались в масс-анализатор высокого

тально наблюдаемых спектров ДАС. Однако на се-

разрешения с орбитальной ловушкой типа Orbitrap

годняшний день остается невыясненным вопрос о

(Exactive, Thermo Scientific, Bremen, Germany). Для

том, проходит ли реакция фотофрагментации через

каждого образца измерялось 25 масс-спектров с

состояние промежуточного комплекса с переходом

усреднением 40 микросканов на спектр; каждый

ионизирующего протона на атомы пептидной цепи

микроскан соответствует ионам, накопленным в ре-

(как это предполагается в модели мобильного про-

зультате пяти последовательных лазерных импуль-

тона) или же поглощенной энергии достаточно для

сов. Более детальное описание экспериментальной

разрыва связи без реорганизации молекулы.

установки было представлено ранее [46].

В данной работе рассматривается механизм

ФДУФ на примере модельного пептида и его

комплексов с ионами натрия. Полученные экспери-

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

ментальные данные демонстрируют необходимость

наличия протона для прохождения реакции фраг-

Для определения роли мобильного протона в

ментации и тем самым свидетельствуют в пользу

процессе ФДУФ ионов пептидов было проведено

применимости модели мобильного протона для

сравнение масс-спектров фрагментации протониро-

объяснения масс-спектров ФДУФ пептидов. Более

ванного модельного пептида и его комплексов с ка-

того, сравнение полученных спектров с литератур-

тионами натрия, в которых ион натрия замещает

ными данными демонстрирует схожесть механизмов

протон в качестве носителя заряда. Поскольку нат-

образования ионов фрагментов в методах ДАС и

рий обладает большей массой и радиусом, вероят-

ФДУФ.

ность изменения его локализации в цепи аминокис-

лотной последовательности заметно ниже по срав-

нению с протоном, что приводит к значительным

различиям спектров фрагментации пептида с нат-

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

рием и его протонированной версии. Ранее такое

сравнение проводилось для масс-спектров фрагмен-

Для исследования зависимости спектров фо-

тации, полученных с использованием ДАС, и было

тофрагментации от присутствия ионизирующего

показано, что замена протона на ион металла приво-

747

Е. М. Соловьева, А. Ю. Переверзев, М. В. Горшков, О. В. Бояркин

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

Na⁺

Na+C—O

—

— CH — C — NH — CH — C

— CH — C

OH NH — CH

R₁

R₂

R₁

R₂

Рис. 2. Схема образования фрагмента [b12 +OH+Na]⁺ пептида с катионом металла в процессе диссоциации, активирован-

ной соударениями. Ион натрия стабилизируется карбонильной группой пептидной связи и концевой C-гидроксигруппой,

активируя последнюю для нуклеофильной атаки пептидной связи

дит к существенному преобладанию двух фрагмен-

ной степени подвергается последующей фрагмента-

тов [b_n +OH+Na]⁺ и [bn-1 +OH+Na]⁺ в спектрах,

ции с образованием внутренних y-фрагментов (от-

где n — количество аминокислотных остатков в пеп-

мечены синим цветом и индексом «ˆ» на рис. 3б).

тиде [47, 48]. Данные ионы формируются через пе-

Поскольку ионизирующий протон изначально нахо-

реходное состояние, в котором катион металла взаи-

дится на N-конце аминокислотной последовательно-

модействует с кислородом ближайшей карбональ-

сти пептида, в спектрах фрагментации наблюдают-

ной группы пептидной связи и инициирует нуклео-

ся только легкие (N-концевые) b-фрагменты, интен-

фильную атаку, приводящую к отрыву С-концевого

сивность которых в среднем в три раза ниже, чем в

остатка в виде СО и имина (рис. 2).

случае дважды протонированного пептида. В спект-

ре полностью отсутствуют b-/y-фрагменты, отвеча-

На рис.

показаны спектры фото-

ющие разрыву связей в середине последовательно-

фрагментации

двухзарядного

пептида

сти, однако есть несколько a-фрагментов, которые,

[PAATAAGSLGSLK + 2Н]²⁺ и его аддуктов с

как отмечалось выше, вероятно являются радикаль-

натрием

— [ PAATAAGSLGSLK + Н + Na]²⁺ и

ными фрагментами, появляющимися в результате

[PAATAAGSLGSLK + 2Na]²⁺. Как отмечалось

прямой диссоциации из возбужденного состояния.

ранее, спектры ФДУФ протонированных пептидов

обычно содержат множество фрагментов разных

Таким образом, замена одного из мобильных

типов: помимо полных серий b- и y-фрагментов

протонов на менее подвижный катион натрия ока-

также наблюдается значительное количество a-/x-

зывает значительное влияние на спектр ФДУФ, осо-

и некоторое количество c-/z-фрагментов (рис. 3а).

бенно на формирование b- и y-фрагментов, которые,

Кроме того, присутствуют фрагменты с потерями

по всей видимости, являются продуктами реакции

воды (индекс

«#») и внутренние b-фрагменты

диссоциации с наименьшим энергетическим барье-

(индекс «int»), являющиеся результатом вторичной

ром, и, как следствие, протекающей с наибольшей

фрагментации. При замене одного протона на на-

скоростью.

трий спектр фрагментации значительно упрощается

В случае замены обоих мобильных протонов на

(рис. 3б). Заметно возрастает интенсивность двух-

катионы натрия в спектре фрагментации присут-

зарядных С-концевых фрагментов, таких как y11/12

ствуют только два характерных иона фрагментов,

и x11/12, которые практически отсутствовали в слу-

[b₁₂ + OH + 2Na]²⁺ и [b₁₁ + OH + 2Na]²⁺ (рис. 3в).

чае дважды протонированного пептида (красным

Поскольку все остальные каналы фрагментации яв-

цветом и индексом «∗» обозначены двухзарядные

ляются энергетически недоступными из-за отсут-

ионы с натрием и протоном). Данный эффект

ствия мобильных протонов, интенсивность получен-

связан с напряжением C-концевых связей из-за

ных фрагментов более чем на порядок превышает

присутствия катиона металла и, как следствие, с

интенсивности фрагментов, соответствующих раз-

понижением барьера реакции разрыва пептидной

рывам тех же связей (b₁₁/y₂ и b₁₂/y₁) в случае два-

связи.

жды протонированного пептида. Таким образом, на-

Помимо классических фрагментов также наблю-

личие ионизирующего протона необходимо для эф-

дается интенсивный пик характерного двухзарядно-

фективной ФДУФ пептидов. Данный факт согласу-

го иона [b₁₂ + OH + Na]²⁺, который в значитель-

ется с моделью мобильного протона, предложенной

748

Е. М. Соловьева, А. Ю. Переверзев, М. В. Горшков, О. В. Бояркин

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

Ионизирующий протон

масс-спектров в зависимости от аминокислотной

Аспарагиновая кислота

последовательности пептидов и экспериментальных

Аргинин NH₂

N—

условий. Так, несколько научных групп в послед-

NH₂₊

ние годы предпринимали попытки объяснения

H N₂

СООН

механизма фотофрагментации белков и пептидов

УФ-излучением, особенно в контексте теории мо-

Переходный комплекс

бильного протона. Например, в недавней работе

NH₂

[49] авторы изучали влияние основности первичных

N—

аминов на спектры ФДУФ и ДАС для шести раз-

NH₂₊

O^-

личных белков. Поскольку группами с наибольшим

H N₂

СООН

сродством к протону в белках являются первичные

амины, входящие в состав остатков аргинина и ли-

NH₂

b-фрагмент

зина, их наличие повышает энергию, необходимую

N—

для инициирования миграции ионизирующего про-

тона по цепи пептидных связей. Другими словами,

H N₂

протон оказывается «запертым» на этих остатках,

что приводит к возрастанию пороговой энергии

фрагментации

[16]. Понижение основности (т. е.

сродства к протону) первичных аминов приводит

Рис. 4. Схема кислотного эффекта, который заключает-

к уменьшению энергии их связи с протоном, а

ся в получении интенсивных b-фрагментов после остатков

следовательно, согласно уравнению Аррениуса, к

аспарагиновой и глутаминовой кислот при наличии остат-

ков аргинина в последовательности пептидов. Поскольку

повышению мобильности ионизирующего протона

ионизирующий протон оказывается «запертым» на остат-

[50, 51].

ке аргинина, водород-карбоксильной группы остатков ас-

Таким образом, с помощью химической моди-

парагиновой и глутаминовой кислот переходит на азот со-

фикации остатков лизина (например, карбамилиро-

седней пептидной связи с последующим образованием b-

вания) можно изучать влияние мобильности про-

фрагмента

тона на спектры фрагментации. Данный подход и

был продемонстрирован в работе [49], основной вы-

вод которой заключается в незначительной роли мо-

бильного протона в процессе ФДУФ, что расходит-

для ДАС, и доказывает, что ФДУФ также протекает

ся с экспериментальными данными, представленны-

через переходный комплекс, образованный с участи-

ми в настоящей работе. Стоит отметить, что хотя

ем протона. Кроме того, получение характеристи-

экспериментальные условия в работах схожи (та-

ческих фрагментов с ионами натрия и отсутствие

кие как длина волны и мощность УФ-излучения,

разрывов всех остальных связей свидетельствуют в

концентрация изучаемых молекул и растворителя,

пользу медленного механизма протекания реакции

метод ионизации и тип масс-анализатора), объекты

ФДУФ.

исследования различаются по массам (8.5-32.5 кДа

Таким образом, несмотря на высокую энергию

в работе [49] и 1.1 кДа в настоящей работе). Од-

фотона с длиной волны 193 нм, которая превышает

нако поскольку число поглощенных фотонов про-

среднюю энергию пептидной связи, прямая диссоци-

порционально количеству абсорбционных центров

ация из электронно-возбужденного состояния явля-

(т. е. в нашем случае количеству пептидных связей)

ется маловероятным процессом, а разрыв связи про-

[52, 53], энергии, приходящиеся на одну связь, оста-

исходит из колебательно-возбужденного состояния

ются сравнимыми, и увеличение размера полипеп-

основного электронного уровня молекулы через об-

тидной цепи практически не влияет на механизм фо-

разование переходного комплекса с участием иони-

тофрагментации.

зирующего протона.

Основное же различие в выводах связано с

различными подходами к изменению мобильности

ионизирующего протона. Замена протона на ион на-

4. ОБСУЖДЕНИЕ

трия позволяет исключить из системы мобильный

С увеличением количества экспериментов по

протон как таковой, в то время как химическая

фрагментации биомолекул УФ-излучением воз-

модификация аминокислотных остатков приводит

растает необходимость предсказания получаемых

лишь к частичному увеличению его (протона) мо-

750

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

Фотодиссоциация пептидов ультрафиолетовым излучением. . .

бильности. Кроме того, сродство к протону у арги-

Рассмотренные выше объяснения наблюдаемых

нина выше, чем у лизина в среднем на 10 ккал/моль.

в работе [49] зависимостей не противоречат моде-

Такое различие приводит к тому, что наличие остат-

ли мобильного протона, а вместе с представленны-

ков аргинина значительно влияет на спектр фраг-

ми в настоящей работе данными подтверждают тот

ментации пептидов, в то время как подобные эффек-

факт, что фотодиссоциация ионов пептидов под воз-

ты не наблюдаются для остатков лизина [18,54]. В

действием УФ-излучения происходит с участием мо-

частности, наличие аргинина способствует получе-

бильного протона. Стоит отметить, что поскольку

нию интенсивных b-фрагментов после остатков ас-

энергия, получаемая молекулой в процессе ФДУФ,

парагиновой и глутаминовой кислот (так называе-

значительно превышает энергию, приобретаемую в

мый кислотный эффект). В этом случае, посколь-

столкновении с молекулами газа при ДАС, струк-

ку ионизирующий протон оказывается «запертым»

туры переходных комплексов в этих процессах мо-

на остатке аргинина, водород карбоксильной груп-

гут различаться, и установление наиболее вероят-

пы остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот

ных путей реакции требует дальнейшего изучения.

переходит на азот соседней пептидной связи с после-

дующим образованием b-фрагмента (рис. 4) [55]. На-

личие остатков лизина не влияет на интенсивность

спектров обсуждаемых фрагментов [18]. Таким об-

разом, хотя лизин и обладает высоким сродством

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

к протону, мобильный протон оказывается незапер-

тым, поэтому химическая модификация лизина мо-

жет не иметь выраженного влияния на спектры

С целью установления роли ионизирующего про-

фрагментации пептидов.

тона в процессе фотофрагментации биомолекул уль-

трафиолетовым излучением в работе были получе-

Кроме того, как описано в работе [49], изменения

ны масс-спектры фотофрагментации двухзарядного

масс-спектров ДАС белков вследствие понижения

модельного пептида и его аддуктов с катионами на-

основности остатков лизина заключаются в умень-

трия. Показано, что замена хотя бы одного из про-

шении количества наблюдаемых фрагментов. Одна-

тонов приводит к значительному подавлению дис-

ко согласно теории мобильного протона, при умень-

социации, при этом в спектре фрагментации пеп-

шении энергии связи ионизирующего протона с мо-

тида с двумя ионами натрия присутствуют толь-

лекулой и, как следствие, при повышении вероят-

ко два фрагмента, отвечающие разрыву напряжен-

ности формирования переходного комплекса с пе-

ных С-концевых связей. Отсутствие всех остальных

реносом протона на пептидную связь, выход реак-

фрагментов демонстрирует необходимость наличия

ции диссоциации должен возрастать. Данное проти-

ионизирующего протона для разрыва пептидной

воречие авторы работы [49] объясняют повышени-

связи в случае фотодиссоциации УФ-излучением

ем вероятности вторичной фрагментации, посколь-

аналогично тому, как это происходит при диссоциа-

ку из-за возрастания мобильности ионизирующего

ции, активированной столкновениями. Кроме того,

протона реакция диссоциации происходит быстрее.

экспериментально наблюдаемые зависимости могут

После разрыва пептидной связи у фрагментов есть

быть описаны в рамках теории мобильного протона:

возможность получения дополнительной энергии в

подавление диссоциации вследствие замены иони-

столкновениях, что приводит к последующей фраг-

зирующего протона на ион натрия объясняется за-

ментации (время нахождения молекул в столкнови-

труднением транспорта заряда по цепи пептидных

тельной ячейке в работе [49] не указано, но обыч-

связей и, как следствие, невозможности образова-

но составляет 10-50 мс). В случае ФДУФ время

ния переходного состояния, необходимого для про-

реакции диссоциации значительно превышает дли-

текания реакции диссоциации. Данные, представ-

тельность импульса лазера (5 нс), таким образом,

ленные как в настоящей работе, так и в литерату-

у фрагментов нет возможности получения дополни-

ре, демонстрируют, что теория мобильного прото-

тельной энергии (т. е. поглощения еще одного фото-

на, разработанная ранее для диссоциации, активи-

на) для дальнейшей диссоциации. Исходя из этого,

рованной соударениями, может быть использована

вторичная фрагментация маловероятна вне зависи-

для предсказания интенсивностей спектров фраг-

мости от скорости реакции диссоциации, что может

ментов и подбора оптимальных условий эксперимен-

объяснить отсутствие изменения спектров ФДУФ

тов по фотофрагментации пептидов под воздействи-

при понижении основности белков.

ем УФ-излучения.

751

Е. М. Соловьева, А. Ю. Переверзев, М. В. Горшков, О. В. Бояркин

ЖЭТФ, том 157, вып. 4, 2020

ЛИТЕРАТУРА

21.

M. P. Jedrychowski, E. L. Huttlin, W. Haas et al.,

Mol. Cell. Proteomics 10, M111.009910 (2011).

R. Aebersold and M. Mann, Nature 537, 347 (2016).

22.

M. L. Nielsen, M. M. Savitski, and R. A. Zubarev,

P. E. Geyer, N. A. Kulak, G. Pichler et al., Cell Syst.

Mol. Cell. Proteomics 4, 835 (2005).

2, 185 (2016).

23.

J. A. Madsen, T. S. Kaoud, K. N. Dalby et al., Pro-

L. C. Gillet, A. Leitner, and R. Aebersold, Ann. Rev.

teomics 11, 1329 (2011).

Anal. Chem. 9, 449 (2016).

24.

R. Parthasarathi, Y. He, J. P. Reilly et al., J. Amer.

E. S. Baker, T. Liu, V. A. Petyuk et al., Genome Med.

Chem. Soc. 132, 1606 (2010).

4:63, 1 (2012).

25.

T. Fellers, B. P. Early, P. M. Thomas et al., J. Amer.

A. I. Nesvizhskii, O. Vitek, and R. Aebersold, Nat.

Chem. Soc. 135, 12646 (2014).

Methods 4, 787 (2007).

26.

J. A. Madsen, D. R. Boutz, and J. S. Brodbelt, J.

J. Seidler, N. Zinn, M. E. Boehm et al., Proteomics

Proteome Res. 9, 4205 (2010).

10, 634 (2010).

27.

T. Ly and R. R. Julian, Angew. Chem. Int. Ed. 48,

7130 (2009).

J. K. Diedrich, A. F. M. Pinto, and J. R. Yates, J.

Amer. Soc. Mass Spectrom. 24, 1690 (2013).

28.

J. P. Reilly, Mass Spectrom. Rev. 28, 425 (2016).

Y. Zhang, S. B. Ficarro, S. Li et al., J. Amer. Soc.

29.

L. Zhang and J. P. Reilly, Anal. Chem. 81, 7829

Mass Spectrom. 20, 1425 (2009).

(2009).

A. S. C Silva, R. Bouwmeester, L. Martens et al.,

30.

E. M. Solovyeva, V. N. Kopysov, A. Y. Pereverzev et

Bioinformatics (2019), in press.

al., Anal. Chem. 91, 6709 (2019).

10.

G. Espadas, E. Borràs, C. Chiva et al., Proteomics

31.

K. L. Fort, A. Dyachenko, C. M. Potel et al., Anal.

17, 1 (2017).

Chem. 88, 2303 (2016).

11.

B. Paizs and S. Suhai, Mass Spectrom. Rev. 24, 508

32.

T. P. Cleland, C. J. Dehart, R. T. Fellers et al., J.

(2005).

Proteome Res. 16, 2072 (2017).

12.

L. Sleno and D. A. Volmer, J. Mass Spectrom. 39,

33.

X. Dang and N. L. Young, Proteomics 14, 1128

1091 (2004).

(2014).

13.

J. V. Olsen, B. Macek, O. Lange et al., Nat. Methods

34.

S. M. Greer and J. S. Brodbelt, J. Proteome Res. 17,

4, 709 (2007).

1138 (2018).

14.

P. Roepstorff and J. Fohlman, Biol. Mass Spectrom.

35.

M. B. Robin, Higher Excited States of Polyatomic

11, 601 (1984).

Molecules, Acad. Press, New York (1974).

36.

R. R. Julian, J. Amer. Soc. Mass Spectrom. 28, 1823

15.

E. M. Marzluff and J. L. Beauchamp, Large Ions:

(2017).

Their Vaporization, Detection and Structural Analy-

sis, ed. by T. Baer, C. Y. Ng, and I. Powis, Wiley,

37.

P. R. Stannard and W. M. Gelbart, J. Phys. Chem.

New York (1996).

85, 3592 (1981).

16.

V. H. Wysocki, G. Tsaprailis, L. L. Smith et al., J.

38.

Y. Hu, B. Hadas, M. Davidovitz et al., J. Phys. Chem.

Mass Spectrom. 35, 1399 (2000).

A 107, 6507 (2003).

17.

B. L. Schwartz and M. M. Bursey, Biol. Mass

39.

H. M. Rosenstock, M. B. Wallenstein, A. L. Wahr-

Spectrom. 21, 92 (1992).

haftig et al., Proc. Nat. Acad. Sci. 38, 667 (1952).

18.

C. Gu,

Á. Somogyi, V. H. Wysocki et al., Anal. Chim.

40.

K. M. Choi, S. H. Yoon, M. Sun et al., J. Amer. Soc.

Acta 397, 247 (1999).

Mass Spectrom. 17, 1643 (2006).

19.

R. S. Johnson, D. Krylov, and K. A. Walsh, J. Mass

41.

J. H. Moon, S. H. Yoon, Y. J. Bae et al., J. Amer.

Spectrom. 30, 386 (1995).

Soc. Mass Spectrom. 21, 1151 (2010).

20.

B. Paizs, I. P. Csonka, G. Lendvay et al., Rapid

42.

J. H. Moon, S. H. Yoon, and M. S. Kim, Rapid

Comm. Mass Spectrom. 15, 637 (2001).

Comm. Mass Spectrom. 19, 3248 (2005).

752