Ion mobility mass spectrometry (IM-MS) combines the advantages of ion mobility spectrometry (IMS) and MS for effective gas-phase ion analysis. Separation of ions based on their mobilities prior to MS can be performed without a great loss in other analytical figures of merit, and the extra dimension of analysis offered by IM can be beneficial for isomer and complex sample analyses. In this review, basic principles of IMS and IM-MS are described in addition to an introduction to various IMS techniques and commercial IM-MS instruments. The nature of collision cross-section (${\Omega}_D$), an important parameter determining the transport properties of ions in IMS, is also explained in detail.
Despite its great success in the field of proteomics, mass spectrometry has limited use for determining structural details of peptides, proteins, and their assemblies. Emerging ion mobility spectrometry-mass spectrometry has enabled us to explore the conformational space of protein ions in the gas phase, and further combinations with the gas-phase ion spectroscopy and the collision-induced unfolding have extended its abilities to elucidating the secondary structure and local details of conformational transitions. This review will provide a brief introduction to the combined approaches of IMS-MS with gas-phase ion infrared spectroscopy or collision-induced unfolding and their most recent results that successfully revealed higher-order structural details.
Lee, Hyun Hee L.;Chae, Soo Yeon;Son, Myung Kook;Kim, Hugh I.
Mass Spectrometry Letters
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v.12
no.4
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pp.137-145
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2021
Herein we report multiple ion mobility (IM) peaks in electrospray ionization IM mass spectrometry (ESI-IM-MS) produced by glutamine residue in peptide. The mobility features of 147 peptides were investigated using ESI-IM-MS combined with liquid chromatography. Of these peptides, 66 presented multiple IM peaks, and analysis of their sequence using collision induced dissociation (CID) revealed that glutamine (Gln), as well as proline (Pro), plays a critical role in generating multiple IM peaks. Mutant-based investigations using Gln-containing peptides indicate that the side chain of Gln promotes intermolecular interactions, inducing multiple structures of the peptide ions in the gas phase. Consequently, the present study demonstrates that the distinct ion mobility signatures identified herein can potentially be used to characterize glutamine-containing peptide ions.
Proteoform diversity is greatly increased by glycosylation, the primary post-translational modification of proteins. Glycans, also known as oligosaccharides, are molecules that are essential to almost all living things. They can affect protein folding and functionality, modulate cell-cell interactions, and support the proliferation of numerous diseases when they are found on cell surfaces or bound to proteins. A thorough understanding of their fundamental structure is necessary to gain insight into their characteristics and functions. But a major obstacle is the structural intricacy of glycans by design. The stereochemistry and regiochemistry of carbohydrates vary and are frequently branched. Because of its superior sensitivity and the abundance of fragmentation information it can provide, mass spectrometry is now the method of choice for glycan and glycopeptide analysis. Differentiating between the structures of isomeric and isobaric glycopeptides, however, presents a difficulty for MS-based characterization. Ion mobility plus mass spectrometry (IM-MS) has become a very promising new method for glycan research in recent years. Recent developments in the growing discipline of glycosylation analysis utilizing IM-MS are outlined in this review, with a focus on the MS methodology and its ability to resolve isomeric glycans.
Electrospray ionization (ESI) and ion mobility spectrometry-mass spectrometry (IMS-MS) were employed to investigate the solvated structures of ionic species in the lithium iodide electrolyte solution in the gas phase. The Li+I-Li+ triple ion and single standalone Li+ ions solvated by 1,4-dioxane were successfully generated and observed by ESI-MS under the influence of dioxane vapor at the inlet region. Under the present experimental condition, (1,4-dioxane)m·Li+ complex ions (m = 1, 2, and 3) and a (1,4-dioxane)·Li+I-Li+ complex ion were observed, which were further examined by IMS to investigate their structures. The presence of multiple structural isomers was confirmed, which accounts for the endothermic conformational transition of 1,4-dioxane from a chair to a boat to achieve bidentate O-donor binding to Li+ and Li+I-Li+. Further structural details critical for the ion-solvent interactions were also examined and discussed with the help of density functional theory calculations.
Lee, Jong Wha;Park, Mi Hyun;Ju, Jeong Tae;Choi, Yun Seop;Hwang, Soo Min;Jung, Dong Jin;Kim, Hugh I.
Mass Spectrometry Letters
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v.7
no.1
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pp.16-20
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2016
Characterization of intact protein structures in the gas phase using electrospray ionization combined with ion mobility mass spectrometry has become an important tool of research. However, the biophysical properties that govern the structures of protein ions in the gas phase remain to be understood. Here, we investigated the impact of host-guest complexation of ubiquitin (Ubq) with macrocyclic host molecules, cucurbit[n]urils (CB[n]s, n = 6, 7), on its structure in the gas phase. We found that CB[n] complexation induces the formation of compact Ubq ions. Both CB[6] and CB[7] exhibited similar effects despite differences in their binding properties in solution. In addition, CB[n] attachment prevented Ubq from unfolding by collisional activation. Based on the experimental results, we suggest that CB[n]s prevent unfolding of Ubq during transfer to the gas phase to promote the formation of compact protein ions. Furthermore, interaction with positively charged residues per se is suggested to be the most important factor for the host-guest complexation effect.
Sesamin, one of the lignans in sesame seed, was a labile compound in MS and it was reported that the protonated molecule of sesamin decomposed easily in ES ionization process and it cannot be detected (G. Yan, et al., Rapid Commun Mass Spectrom. 2007, 21, 3613-3620). To protect labile compounds, an amino-cyclodextrin (NCyD) was added to the sample to promote the host-guest interaction complex in ESI-MS. As a result, sesamin was ionized as the NCyD-sesamin-NCyD (1:2) complex without undesired decomposition, suggesting that the amino-CyDs assist the ionization of the labile molecules capped with CyDs by host-guest interaction and these compounds were ionized without their decomposition, those are like amino-CyD complex-assisted ionization. The amino-CyD complexes of sesamin and sesamolin were also analyzed by their ion-mobility MS.
Taraxacum coreanum, known as the native Korean white dandelion, has been historically used in traditional medicine due to its various therapeutic properties. However, the specific benefits and mechanisms of white dandelion in alleviating particular symptoms or diseases remain uncertain due to the complexity of its phytochemical profile. In this study, we aimed to elucidate the phytochemical profiles of methanolic extracts of different parts of the white dandelion (flower, leaf, stem, and root) using hybrid ion-mobility Q-TOF MS. Using the trapped ion mobility-based PASEF technique, 3715 and 2114 molecular features with MS2 fragments were obtained in positive and negative ion modes, respectively, and then a total of 360 and 156 phytochemical compounds were annotated by matching with a reference spectral library in positive and negative ion modes, respectively. Subsequent feature-based molecular networking analysis revealed the phytochemical differences across the four different parts of the white dandelion. Our findings indicated that the methanolic extracts contained various bioactive compounds, including lipids, flavonoids, phenolic acids, and sesquiterpenes. In particular, lipids such as linoleic acids, lysophosphatidylcholines, and sesquiterpenoids were predominantly present in the leaf, while flavonoid glycosides and lysophosphoethanolamines were notably enriched in the flower. An assessment of the total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC) of the methanolic extracts revealed that the majority of phytochemicals were concentrated in the flower. Interestingly, despite the root extract displaying the lowest TPC and TFC values, it exhibited the highest radical scavenging rate when normalized to TPC and TFC, suggesting a potent antioxidant effect. These findings and further investigations into the biological activities and medicinal potential of the identified compounds, particularly those exclusive to specific plant parts, may contribute to the development of novel therapeutic agents derived from white dandelion.
Fernandez-Maestre, Roberto;Velasco, Andres Reyes;Hill, Herbert H.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.4
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pp.1023-1028
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2014
Protonated caffeine ($CH^+$) and glucosamine ($GH^+$) overlapped in an analysis with ion mobility spectrometryquadrupole mass spectrometry. Ethyl lactate vapor (L) at different concentrations from 0 to 22 mmol $m^{-3}$ was added as a buffer gas modifier to separate these signals. The drift times of $CH^+$ and $GH^+$ increased with L concentration. The drift time increase was associated to clustering equilibria of $CH^+$ and $GH^+$ with one molecule of L and the equilibrium of $GH^+$ was more displaced to the formation of $GLH^+$ than that of $GLH^+$. $GH^+$ clustered more to L than $CH^+$ because $GLH^+$ formed more stable hydrogen bonds (26.30 kcal/mol) than $GLH^+$ (24.66 kcal/mol) and the positive charge in $GH^+$ was more sterically accessible than in $CH^+$. The aim of this work was to use theoretical calculations to guide the selection of a buffer gas modifier for IMS separations of two compounds that overlap in the mobility spectra and predict this separation, simplifying that empirical process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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