An improved tandem time-of-flight (TOF) mass spectrometer for the photodissociation (PD) study of ions generated by matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI), MALDI-TOF-PD-TOF, has been designed and constructed. Recording a full spectrum with better than unit mass resolution even in low mass range has been achieved without reflectron voltage stepping which was needed in the previous version. Other aspects of the improvement, such as those in the data system which now allow 10-100 times faster spectral acquisition than with the previous instrument, are described. Rationale for the ideas which have led to the improvements is presented also.
In this study, we developed a neutron time-of-flight (nTOF) measurement system for a 1.7-MV tandem proton accelerator with a target covered with 300-nm-thick lithium (Li) layer. With implementation of beam chopping module after its ion source, the accelerator is configured to operate in pulsed-beam mode with a pulse width <50 ns at 20-kHz repetition rate. This enables the gamma flash-type nTOF measurement system to identify the neutron generated with 3-MeV proton beam energy. The nTOF system consists of a 30" cylindrical NaI(Tl) and four stilbene scintillation detectors. The NaI(Tl) scintillator is placed 50 cm from the Li target to measure the time of beam irradiation on the target, and the stilbene detectors are placed 2 and 2.4 m away to measure nTOF at each location. The nTOF system successfully measured the generated neutron energy at irradiated proton energies of 2.6 and 3.0 MeV with an average energy resolution of 15%.
Photoexcitation of a precursor ion inside a cell floated at high voltage installed in a tandem time-of-flight (TOF) mass spectrometer provides triple tandem mass spectrometric information and allows kinetic and mechanistic studies. In this work, the factors affecting, or downgrading, the performance of the technique were identified. Ion-optical and computational analyses showed that an optimum instrument could be designed by utilizing a reflectron with linear-plus-quadratic potential inside. Theoretical predictions were confirmed by tests with instruments built with different ion-optical layout. With optimized instruments, masses of intermediate ions in the consecutive dissociation of a precursor ion could be determined with the maximum error of $\pm5$ Da. We also observed excellent agreement in dynamical parameters (critical energy and entropy) for the dissociation of a model peptide ion determined by instruments with different ion-optical layout operated under optimum conditions. This suggests that these parameters can be determined reliably by the kinetic method developed previously when properly designed and operated tandem TOF instruments are used.
Angiotensin I, a model decapeptide, was glycosylated and partially hydrolyzed with HCl (6 N, 80 $^{\circ}C$, 4 h), aminopeptidase, and carboxypeptidase Y. A single peptide mass map obtained from truncated peptides in the partial acid hydrolysate of angiotensin and its glycosylation product mixture by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry enabled sequencing of angiotensin by a combinatorial procedure. MALDI-TOF and electrospray ionization (ESI) tandem mass spectrometric results indicate that both the N-terminal amino group of aspartic acid and the guanidinium group of the second residue arginine are glycosylated.
포유동물에서 중요한 구조단백질인 콜라겐은 다양한 조직내 단백질 조성과 사슬간 복잡한 가교결합의 존재로 인해 그 구조가 복잡하고 다양하여, 직접적으로 분석할 적당한 방법이 없었다. 본 연구에서는 간단한 전처리만으로 다수의 생체분자 시료에 대해 정확한 분자량 측정이 가능한 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 비행시간 질량분석법(MALDI-TOF MS)을 이용하여 콜라겐과 조각화된 콜라겐을 분석하고 이의 아미노산 서열을 사중극자-비행시간 직렬 질량분석법(Q-TOF MS/MS)으로 확인하여, 시료 중의 콜라겐의 종류에 대한 정보를 확인하여, MALDI-TOF 질량분석을 이용한 콜라겐 분석에서 콜라겐의 종류를 쉽게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 쥐의 꼬리에서 분리한 콜라겐을 SDS-PAGE로 분리한 결과 10개의 band를 얻을 수 있었는데, 같은 시료를 MALDI-TOF MS로 확인하여 각 band의 정확한 분자량을 결정할 수 있었다. SDS-PACE상의 10개의 분리된 band에 대해 각각 tryptic digestion후 MALDI-TOF 질량분석을 수행한 결과 4개의 band에서 type I 콜라겐의 $\alpha_1$-chain내의 fragment인 Gly1056-Arg1073을 확인할 수 있었고, 5개의 band에서 type I 콜라겐의 $\alpha_2$-chain내의 fragment인 Gly985-Arg1002을 확인하였다. 잔재한 콜라겐의 가교결합으로 인해 예상되는 fragment중 둘만이 확인되었지만, 확인된 fragment를 통해 적어도 7개의 band에서는 type I콜라겐이 존재함을 확인할 수 있었다. 확인된 두 콜라겐 flagment의 아미노산 서열을 Q-TOF MS/MS로 분석한 결과 MALDI-TOF MS에서의 예측과 일치함을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 확인된 두 fragment에 의한 peak을 지문으로 하여 MALDI-TOF MS측정시에 시료내의 type I 콜라겐의 존재를 쉽게 확인할 수 있음을 볼 수 있었다.
최근에, 질량분석기술의 폴리머 분석에의 응용은 MALDI-TOF MS 개발 이후 급속도로 발전하였다. 이 리뷰 논문은 현재까지 연구된 MALDI-TOF MS의 폴리머 특성분석에의 응용에 관한 최신 논문을 정리하였다. MALDI-TOF MS는 바이오 폴리머와, 합성 폴리머의 평균분자량 분석, 폴리머의 시퀀스 분석을 통한 구조의 해석, 모노머의 조성분석에까지 이용되고 있다. 엔드그룹의 특성과 농도를 분석하는 연구도 많이 진행되었고, 복잡한 폴리머의 분자량의 분석에는 SEC와 MALDI-TOF MS를 연결한 분석법을 추천한다. MALDI에 tandem MS를 결합한 분석기술이나, 이온 모빌리티를 응용한 질량분석기, TOF-SIMS, MALDI-TOF-Imaging 기술도 급격히 발전하고 있으며, 이의 폴리머 특성분석에의 응용은 별도의 분리기술이 필요 없어 앞으로 더 많이 이용될 것으로 생각된다. 분자량, 시퀀스, 그리고 모노머의 조성을 정확하게 계산해주는 소프트웨어와 고분자량(> 100 kDa)의 분석을 가능하게 해주는 기술이 개발된다면, 폴리머를 연구하는 과학자들에게 MALDI-TOF MS의 이용은 문제점을 해결하고, 목적하는 폴리머를 합성하는 데 중요한 수단이 될 것이다.
His-His-Leu (HHL), a tripeptide derived from a Korean soybean paste, is an angiotensin-I-converting enzyme (ACE) inhibitor. We report here a method of producing this tripeptide efficiently by expressing tandem multimers of the codons encoding the peptide in E. coli and purifying the HHL after hydrolysis of the peptide multimers. The HHL gene, tandemly multimerized to a 40-mer, was ligated with ubiquitin as a fusion gene (UH40). UH40 was inserted into vector pET29b; the UH40 fusion protein was then produced in E. coli BL21. The recombinant UH40 protein was purified by cation-exchange chromatography with a yield of 17.3mg/l and analyzed by matrixassisted laser desorption ionization (MALDI) time-of-flight (TOF) mass spectrometry and protein N-terminal sequencing. Leucine aminopeptidase was used to cleave a 405-Da HHL monomer from the UH40 fusion protein and the peptide was purified using reverse-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) on a C18 HPLC column, with a final yield of 6.2mg/l. The resulting peptide was confirmed to be HHL with the aid of MALDI-TOF mass spectrometry, glutamine-TOF mass spectrometry, N-terminal sequencing, and measurement of ACE inhibiting activity. These results suggest that our production method is useful for obtaining a large quantity of recombinant HHL for functional antihypertensive peptide studies.
For decades, the microorganisms in arctic soils have been newly discovered according to the climate change and global warming. In this study, the chemical structure of a lipid A molecule from Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 which was newly discovered from arctic soils was characterized by mass spectrometric approaches such as matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight (MALDI-TOF) and MALDI multi-stage tandem mass spectrometry (MS). First, lipopolysaccharide (LPS) from Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 was extracted and subsequently hydrolyzed to obtain the lipid A. The parent ion peak at m/z 1632 was determined by MALDI-TOF MS, which also can validate our lipid A purification method. For detailed structural determination, we performed the multiple-stage tandem mass analysis ($MS^4$) of the parent ion, and subsequently the abundant fragment ions in each MS stage are tested. The fragment ions in each MS stage were produced from the loss of phosphate groups and fatty acyl groups, which could be used to confirm the composition or the position of the lipid A components. Consequently, the mass spectrometry-based lipid A profiling method could provide the detail chemical structure of lipid A from the Pseudomonas sp. strain PAMC 28615 as an arctic bacterium from the frozen arctic soil.
Kang, Kyo Bin;Jang, Dae Sik;Kim, Jinwoong;Sung, Sang Hyun
Mass Spectrometry Letters
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제7권2호
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pp.45-49
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2016
An UHPLC-ESI-qTOF-MS analytical method was developed for cyclopeptide alkaloids in the seeds of Ziziphus jujuba var. spinosa (Semen Ziziphi Spinosae), which is a commonly used herb in Chinese and Korean traditional medicines. Considering the basicity of cyclopeptide alkaloids, a specific separation method was developed for an UHPLC system. The compounds were detected by DAD and ESI-qTOF-MS, and their fragmentation patterns were also acquired by MSE technologies. Peak-picking of major compounds was performed with nine previously isolated compounds and two reference standard compounds. Tandem MS fragmentation behaviors of type-Ia and -Ib cyclopeptide alkaloids were investigated with the acquired data to develop a strategy for dereplication of other cyclopeptide alkaloid compounds in Z. jujuba var. spinosa. Two more cyclopeptide alkaloids were tentatively identified with UHPLC-ESI-qTOF-MS using this method.
The unique Br signature was utilized for C-terminal amino acid sequencing of model peptides. C-terminal carboxyl group was selectively derivatized in peptides, containing side chain carboxyl group, using 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) and Br was introduced using 4-bromophenylhydrazine hydrochloride (BPH) in a one pot reaction. Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) time-of-flight (TOF) tandem mass spectra were obtained carrying the Br signature in the y-series ions. The Br signature facilitated C-terminal sequencing and discrimination of C-terminal carboxyl groups in the free acid and amide forms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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