Dokument: Sequenzielle Multiphotonen-Multichromophoren-Dissoziation an Peptiden

Titel:	Sequenzielle Multiphotonen-Multichromophoren-Dissoziation an Peptiden
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=27787
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20131203-084216-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wolters, Nadine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 20,30 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.11.2013 / geändert 26.11.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Weinkauf, Rainer [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Schmitt, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Durch die Entwicklung von sanften Ionisierungsmethoden wurden große, biologisch relevante Systeme wie Peptide oder Proteine auch der Massenspektrometrie zugänglich. Publizierte Ergebnisse zeigten, dass durch Dissoziation dieser und einer anschließenden Fragmentanalyse eine Sequenzanalyse möglich ist. Jedoch nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Dissoziation mit dem Größerwerden der zu unter¬suchenden Moleküle ab. Die Dissoziationswahrscheinlichkeit wird mit der Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus-Theorie beschrieben, die allerdings für so große Moleküle nur qualitativ angewendet werden kann. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird dabei in Abhängigkeit der Zustandsdichte eines Moleküls beschrieben. Da sowohl die zugeführte Energie als auch die Messzeit einer Fragmentierungsmethode im Massenspektrometer begrenzt ist, können größere Moleküle wie beispielsweise Proteine nur schwer fragmentiert und auf ihre Sequenz hin analysiert werden. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methode getestet, die auf dem Prinzip der Multichromophoren-Anregung basiert. Durch die Verwendung der Laserwellenlänge von 193 nm kann jede Peptidbindung als Chromophor fungieren, sodass man bei einer längeren Peptidkette viele Chromophore erhält. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht das Molekül anregen zu können. Zusätzlich können auch durch die Intensität des Anregungslasers unterschiedlich viele Photonen in das Molekül gebracht werden, was ebenfalls die Dissoziations-wahrscheinlichkeit steigern kann. In dieser Arbeit wurden verschieden lange Peptidketten, mit Kettenlängen zwischen vier und neun Aminosäuren, auf ihr Fragmentierungsverhalten hin untersucht. Neben den einfachprotonierten Systemen konnten die Moleküle auch mehrfachprotoniert im Massenspektrometer dargestellt werden, sodass dies die Untersuchung im Hinblick auf ein ladungsspezifisches Verhalten ermöglichte. Durch den Vergleich der Fragmentmassenspektren und der Mutterionenintensitätsabnahmen konnten nicht nur spezielle Fragmentierungs-mechanismen aufgezeigt werden, sondern dass sich diese auch mit steigender Ladungszahl ändern. Weiterhin konnte man Rückschlüsse für die Gründe eines spezifischen Dissoziationsmechanismus Arginin-haltiger Peptide erhalten. Durch die Verwendung einer neuen kombinierten Stoß- und Laser-Fragmentierungsmethode war es möglich auch größere einfachgeladene Peptidketten zu dissoziieren und die Fragmente für eine Analyse zu nutzen. Um eine Vorstellung von der zugeführten Energie zu erhalten, die bei einem Molekül zu einer Dissoziation führt, wurde zudem eine Methode entwickelt, die eine Berechnung der jeweiligen Anregungsquerschnitte in einer Peptidkette zuließ. Mit dem Anregungsquerschnitt konnte dann eine iterative Berechnung der absorbierten Photonen erfolgen, welche auf die experimentellen Werte angewendet werden konnte. Dadurch konnte zum ersten Mal eine Abschätzung der Zahl der absorbierten Photonen eines Molekülensembles bis zur Dissoziation erhalten werden. Es zeigt sich, dass beispielsweise ein aus neun Aminosäuren bestehendes Arginin-haltiges Peptid fünf Photonen für eine Dissoziation benötigt, was hier einer Energie von 32 eV entspricht. Since the development of soft ionization methods it is possible to analyze large biologically relevant molecules in a mass spectrometer. The dissociation of these molecules and the analysis of fragment ions lead to a sequence analysis for a better understanding of unknown biomolecules. Unfortunately the probability of dissociation decreases with increasing size of a molecule. The correlation of both can be described by the Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus theory, which is only qualitatively valid for larger molecules. Here the rate constant is correlated with the density of states. Caused by supplied energy and the limited time scale of a mass spectrometer it becomes more difficult to dissociate and analyze large molecules (e. g. proteins). Therefore a new method, based on the principle of multi photons – multi chromophores excitation, was tested in this work. With the use of the wavelength 193 nm every peptide bond across the molecule can serve as a chromophore. So we will get more potential chromophores as the amino acid sequence gets larger and more chromophores in a sequence lead to a higher probability of excitation. In addition the probability of dissociation will get higher if the number of photons, which are absorbed by the molecule, can be increased. In this work the behavior of fragmentation for peptides with different chain lengths between four and nine amino acids was investigated. Next to single and double protonated systems also multi protonated systems could be detected in the mass spectrometer, which offered the opportunity to examine the fragmentation with regard to charge specific behavior. In comparison with the fragmentation spectra and the decrease of the parent ion intensities not only special fragmentation mechanisms could be shown but also the change of fragmentation mechanisms with regard to the number of charge. Moreover reasons for special dissociation mechanisms of arginine comprising peptides could be given. With the use of a new fragmentation method, combining collision induced and photo induced methods, it was possible to dissociate large single protonated peptides and to analyze the fragment ions in respect of their sequences. To evaluate the absorbed number of photons which leads to dissociation in a molecule, a method was also developed. Because of this the respective absorption cross section of an amino acid sequence could be described. With these cross sections an iterative calculation of the absorbed number of photons could be realized and compared to values from experiments. The first time an estimation of the number of absorbed photons which lead to a dissociation in an amino acid sequence could be predicted. It was shown that, e. g. a peptide of nine amino acids including an arginine, needs five photons to dissociate corresponding to an energy of 32 eV.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie
Dokument erstellt am:	03.12.2013
Dateien geändert am:	03.12.2013
Promotionsantrag am:	26.08.2013
Datum der Promotion:	04.11.2013