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Estratégias e aplicações da Espectrometria de Massas - Fiocruz

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Workshop: Avanços na Engenharia <strong>de</strong> Proteínas e Peptí<strong>de</strong>os<br />

13h às 17h<br />

* <strong>Estratégias</strong> e <strong>aplicações</strong> <strong>da</strong> <strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Dra. Lucilene Delazari dos Santos<br />

UNESP, Campus Rio Claro, SP.<br />

ldsantos@rc.unesp.br


História <strong>da</strong> <strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

1886- Descoberta do Íon- Goldstein<br />

1910- Primeiro Espectro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> – JJ Thomson- Ne<br />

1918- Primeiro Espectrômetro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong>- Dempster<br />

1960- MALDI e ESI- Hillenkamp e Fenn (Prêmio Nobel)


O que é <strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong>?<br />

• Uma po<strong>de</strong>rosa técnica analítica:<br />

– Medir massa molecular <strong>de</strong> compostos<br />

– I<strong>de</strong>ntificar compostos <strong>de</strong>sconhecidos<br />

– Quantificar compostos<br />

– Revelar a estrutura <strong>de</strong> moléculas<br />

– Determinar modificações pós traducionais em<br />

proteínas


Alguns Usos…<br />

• Detectar e i<strong>de</strong>ntificar substâncias proibi<strong>da</strong>s em atletas;<br />

• Monitorar pacientes durante uma cirurgia;<br />

• Determinar a composição <strong>de</strong> espécies encontra<strong>da</strong>s no espaço;<br />

• Localizar <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> petróleo;<br />

• Monitorar processos <strong>de</strong> fermentação;<br />

• Detecção <strong>de</strong> dioxinas em peixes;<br />

• Determinar <strong>da</strong>nos em genes;<br />

• Estabelecer composição elementar <strong>de</strong> material semi condutor.


Análise <strong>de</strong> Biomoléculas –<br />

Por que espectrometria <strong>de</strong> massas?<br />

• Informação <strong>de</strong> massa molecular – Com precisão<br />

• I<strong>de</strong>ntificação <strong>de</strong> proteínas usando massa molecular <strong>de</strong><br />

peptí<strong>de</strong>os trípticos<br />

• Informação Estrutural<br />

• Sequenciamento <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os<br />

• I<strong>de</strong>ntificar modificações pós-traducionais (fosforilação,<br />

glicosilação e pontes <strong>de</strong> sulfeto)


Como um espectrômetro <strong>de</strong> massas trabalha?<br />

• Uma pequena quanti<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> amostra é vaporiza<strong>da</strong> e<br />

injeta<strong>da</strong> no espectrômetro <strong>de</strong> massa;<br />

• A amostra é então ioniza<strong>da</strong>;<br />

• Os íons formados po<strong>de</strong>m ser positivos ou negativos;<br />

• Fragmentos neutros não são <strong>de</strong>tectados;<br />

• Os íons são então separados <strong>de</strong> acordo com sua razão<br />

m/z;<br />

– m = massa; z = carga<br />

• Os íons são então <strong>de</strong>tectados.


Espectrômetro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

• Requer métodos para:<br />

– Obter amostras na fase gasosa;<br />

– Formar íons;<br />

– Separar os íons <strong>de</strong> acordo com sua<br />

razão m/z<br />

– Detectar os íons formados


Como um espectrômetro <strong>de</strong> massas trabalha?<br />

Ionização<br />

Source<br />

Formação <strong>de</strong> íons<br />

Inlet<br />

+<br />

• Sóli<strong>da</strong><br />

• Liqui<strong>da</strong><br />

• Gasosa<br />

Introdução <strong>da</strong> amostra<br />

100<br />

75<br />

50<br />

25<br />

00<br />

Separação<br />

Analyzer<br />

1330 1340 1350<br />

Espectro <strong>de</strong> massas<br />

Detecção<br />

Ion Detection<br />

Ions <strong>de</strong>tectados<br />

Análise dos <strong>da</strong>dos


Técnicas <strong>de</strong> Introdução <strong>de</strong> Amostras<br />

• Cromatografia Líqui<strong>da</strong><br />

– LC/MS - termicamente instáveis, compostos <strong>de</strong><br />

alto PM<br />

– LC/MS a<strong>de</strong>quado para proteínas e peptí<strong>de</strong>os<br />

– Técnica “on-line”<br />

• Son<strong>da</strong>s <strong>de</strong> inserção direta<br />

– Amostras coloca<strong>da</strong>s em uma son<strong>da</strong> e inseri<strong>da</strong>s<br />

– Amostras po<strong>de</strong>m mistura<strong>da</strong>s a uma matriz<br />

• Cromatografia Gasosa<br />

– Amostras precisam ser voláteis


Ionização<br />

por elétron<br />

(EI)<br />

Fonte <strong>de</strong> íons<br />

Ionização<br />

química<br />

(CI)<br />

Métodos agressivos<br />

<strong>de</strong> ionização<br />

(fragmentos po<strong>de</strong>m nao ser <strong>de</strong>tectados)<br />

Eletronspray<br />

(ESI)<br />

MALDI<br />

Métodos suaves<br />

<strong>de</strong> ionização


Ionização<br />

por elétron<br />

(EI)<br />

Fonte <strong>de</strong> íons<br />

Ionização<br />

química<br />

(CI)<br />

Métodos agressivos<br />

<strong>de</strong> ionização<br />

(fragmentos po<strong>de</strong>m nao ser <strong>de</strong>tectados)<br />

Eletronspray<br />

(ESI)<br />

MALDI<br />

Métodos suaves<br />

<strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

•A amostra é mistura<strong>da</strong> com uma matriz que<br />

absorva UV<br />

•A matriz absorve energia do laser o que causa sua<br />

volatilização junto com a volatilização <strong>da</strong> amostra<br />

•As moléculas <strong>da</strong> matriz ioniza<strong>da</strong> transferem<br />

prótons para a amostra


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Matrizes para MALDI<br />

I- ác ido -4-hydrox i-c yano c innam ic o<br />

II- ác ido Sinapic o<br />

I<br />

II<br />

HO<br />

CH C<br />

COOH<br />

CN<br />

H3CO<br />

HO<br />

OCH3<br />

CH CH COOH


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Preparação <strong>da</strong> amostra<br />

Ácido cinâmico


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Pulsed<br />

Laser Beam<br />

+<br />

+ + +<br />

+ + + +<br />

+<br />

+ + + + +<br />

+ + + +<br />

Accelerated<br />

charged<br />

particles<br />

Strong<br />

electric field<br />

(5-20 kv)


Características <strong>da</strong> Técnica MALDI-TOF MS<br />

•Ionização suave – análise <strong>de</strong> biomoléculas intactas<br />

•Extensa faixa <strong>de</strong> massa (> 400 kDa)<br />

•Análise <strong>de</strong> misturas - sem purificação<br />

•Alta sensibili<strong>da</strong><strong>de</strong><br />

•Fácil interpretação dos <strong>da</strong>dos<br />

•Tampões e sais tem pouco efeito<br />

•Rápi<strong>da</strong><br />

•Fácil uso e manutenção


Aplicaçôes MALDI-TOF<br />

Proteinas<br />

Medi<strong>da</strong>s <strong>de</strong> Massa<br />

Confirmar PM <strong>de</strong><br />

proteínas<br />

I<strong>de</strong>ntificar modificações<br />

pós traducionais<br />

Caracterizar proteínas<br />

Peptí<strong>de</strong>os<br />

Medi<strong>da</strong>s <strong>de</strong> massa<br />

Confirmar<br />

síntese<br />

Sequenciamento<br />

Sequenciamento<br />

químico e<br />

enzimático<br />

MS/MS<br />

Análise Proteômica<br />

Utilizar<br />

resultados para<br />

pesquisa em<br />

banco <strong>de</strong> <strong>da</strong>dos<br />

Oligonucleoti<strong>de</strong>os<br />

Medi<strong>da</strong>s <strong>de</strong> massa<br />

Confirmar síntese<br />

Sequenciamento<br />

Lad<strong>de</strong>r sequênciaexonucleases<br />

Genespectrometria


Métodos <strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Fonte <strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Evaporação no ESI


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Equilíbrio <strong>de</strong> estados <strong>de</strong> cargas<br />

N-terminal amine<br />

H<br />

H<br />

H<br />

4 +<br />

H<br />

H<br />

H H 4 +<br />

H<br />

M E H F R W G K<br />

H<br />

H<br />

3 +<br />

H<br />

H<br />

2 +<br />

H<br />

1 +<br />

H


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Espectro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> ESI <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os<br />

H<br />

H<br />

H<br />

4 +<br />

H<br />

m/z = (M r +4H)/4<br />

Rel. I nten.<br />

m/z = (M r +3H)/3<br />

4 +<br />

H<br />

H<br />

3 +<br />

3 +<br />

H<br />

ES-MS<br />

H<br />

2 +<br />

H<br />

m/z = (M r +2H)/2<br />

2 +<br />

m/z<br />

1 +<br />

m/z = (M r +H)<br />

1 +<br />

H


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Espectro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> ESI <strong>de</strong> Proteínas


Métodos <strong>de</strong> ionização<br />

Vantagens do ESI<br />

1) Apropriado para compostos carregados, polares e<br />

básicos;<br />

2) Permite a <strong>de</strong>tecção <strong>de</strong> compostos <strong>de</strong> alta massa<br />

molecular maioria dos espectrômetros <strong>de</strong> massas;<br />

3) Melhor métodos para análises <strong>de</strong> compostos<br />

multicarregados;<br />

4) Baixo ruído químico permite ótimos limites <strong>de</strong> <strong>de</strong>tecção;<br />

5) Permite o controle <strong>de</strong> fragmentações;<br />

6) Compatível com métodos <strong>de</strong> MS/MS


MALDI-TOF ou Electrospray? Vantagens do MALDI-TOF<br />

• Maior resolução e exatidão (comparado ao LC/MS com<br />

quadrupolos e ion-traps);<br />

•Intervalo <strong>de</strong> massa <strong>de</strong> ~50 - >400,000 Daltons;<br />

•Relativa tolerância à sais, tampões;<br />

•Fácil interpretação dos <strong>da</strong>dos;<br />

•Possibili<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> analisar amostras difíceis (Glicoproteinas,<br />

oligonucleoti<strong>de</strong>os,carbohidratos);<br />

•De fácil uso e manutenção.


MALDI-TOF ou Electrospray? Vantagens do Electrospray<br />

•Sistema dinâmico;<br />

•Aplicado a moléculas pequenas, quantificação,<br />

(particularmente triplo quadrupolo);<br />

•Opções <strong>de</strong> MS/MS<br />

•Massa exata <strong>de</strong> proteínas intactas.


Conclusões – Análise <strong>de</strong> Biomoléculas por MS<br />

• Exatidão nas medi<strong>da</strong>s <strong>de</strong> massa<br />

– Caracterização <strong>de</strong> amostras sintéticas, proteínas,<br />

peptí<strong>de</strong>os...<br />

– Verificação <strong>de</strong> homogenei<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> amostras antes do<br />

sequeciamento <strong>da</strong>s proteínas,<br />

– Purificação <strong>de</strong> amostras “on line”<br />

– Mapeamento <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os<br />

• Caracterização estrutural <strong>da</strong> proteína usando CID/MS and<br />

MS/MS<br />

– I<strong>de</strong>ntificação <strong>de</strong> modificações pos traducionais;<br />

– Sequência primária <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os;<br />

• Software eficiente na análise dos <strong>da</strong>dos<br />

– Rápi<strong>da</strong> i<strong>de</strong>ntificação <strong>da</strong> proteína utilizando pesquisas em<br />

banco <strong>de</strong> <strong>da</strong>dos.


Resolução<br />

R= m/ m<br />

m= m/R


% Intensity<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

Análise <strong>de</strong> proteínas no ESI - BSA<br />

1846.291<br />

1748.868<br />

1704.449<br />

1661.850<br />

1620.910<br />

1510.337<br />

1954.345<br />

2076.494<br />

2143.433<br />

2214.905<br />

2291.345<br />

2373.148<br />

2461.494<br />

2556.378<br />

2658.149<br />

2893.649<br />

1453.913 3025.703<br />

3164.460<br />

3909.434<br />

3690.996<br />

3327.893<br />

4153.774<br />

1000 1700 2400 3100 3800 4500<br />

Mass (m/z)<br />

3165


% Intensity<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

Análise <strong>de</strong> proteínas no ESI - BSA<br />

66424<br />

66533<br />

66684<br />

66805<br />

66000 66320 66640 66960 67280 67600<br />

Mass (m/z)<br />

3.9E+4<br />

0


Resolução LC-MS-MS<br />

Baixa resolução (700)<br />

Intensity, cps<br />

1.8e5<br />

1.0e5<br />

2.0e4<br />

692.5<br />

692.429<br />

692.934<br />

691.5 692.5 693.5 694.5<br />

m/z, amu<br />

693.439<br />

694.0<br />

Alta resolução<br />

~13000<br />

Precisão<br />

~2 ppm (internal cal.)<br />

High resolution gives you much more information &<br />

more accurate information about what is in a sample


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Quadrupolo (<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>corrente elétrica)<br />

Time of Flight (<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>da</strong> massa)<br />

Ion Trap (<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>da</strong> corrente elétrica)<br />

Setor Magnético (<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>da</strong> voltagem)


Quadrupolo<br />

• Consiste <strong>de</strong> 4 bastões <strong>de</strong> metal paralelos<br />

• Os bastões opostos tem potential <strong>de</strong> mesmo sinal<br />

•angular<br />

y<br />

z<br />

x


Quadrupolo<br />

•Voltagem aplica<strong>da</strong> aos eletrodos afeta a trajetória dos<br />

íons com o valor <strong>de</strong> m/z <strong>de</strong> interesse, e eles viajam<br />

<strong>de</strong>ntro dos bastões<br />

•Estes íons passam através do sistema <strong>de</strong> eletrodos<br />

•Íons sem interesse mu<strong>da</strong>m sua trajetória original e<br />

chocam nas pare<strong>de</strong>s dos quadrupolos;<br />

•Desta maneira os íons <strong>de</strong> interesse são separado<br />

•O espectro <strong>de</strong> massas é obtido variando a voltagem nos<br />

bastões e monitorando quais íons passam pelo filtro


Em espectrometria <strong>de</strong> massas seqüencial<br />

Normalmente existem 2 analisadores <strong>de</strong> massa em série<br />

O primeiro analisador (MS1) é usado para SELECIONAR o íon que<br />

se <strong>de</strong>seja fragmentar. O íon selecionado por MS1 é o íon pai que<br />

po<strong>de</strong> ser o íon molecular ou qualquer outro íon resultante <strong>de</strong> uma<br />

fragmentação primária. A DISSOCIAÇÃO ocorre na região <strong>de</strong><br />

fragmentação. Os íons filhos são analisados no segundo<br />

analisador <strong>de</strong> massas e <strong>de</strong>tectados no <strong>de</strong>tector.<br />

MS1<br />

MS2


MS1, seleção do íon pai.<br />

Região <strong>de</strong> fragmentação, existe um gás neutro ( He, Ar, N2….) O<br />

íon selecionado interage com as moléculas <strong>de</strong> gás.A energia<br />

cinética dos íons é transforma<strong>da</strong> em energia interna, o que<br />

permite a sua fragmentação<br />

MS2, os íons formados são separados <strong>de</strong> acordo com sua razão<br />

m/a e <strong>de</strong>tectados no <strong>de</strong>tector.


Ion<br />

Source<br />

MS<br />

Q1 q2 Q3<br />

Detector<br />

m/z


Ion<br />

Source<br />

MS/MS<br />

Q1 q2 Q3<br />

Detector<br />

m/z


Ion<br />

Source<br />

MS/MS<br />

Q1 q2 Q3<br />

Detector<br />

m/z


Ion<br />

Source<br />

MS/MS<br />

Q1 q2 Q3<br />

Detector<br />

m/z


Aminoácidos são sub uni<strong>da</strong><strong>de</strong>s <strong>da</strong> proteína<br />

si<strong>de</strong> chain<br />

ALANI NA


Aminoácidos são ligados por ligações peptídicas e<br />

formam poli peptí<strong>de</strong>os<br />

A polypepti<strong>de</strong> chain has two distinct ends (amino- or Nterminus<br />

and carboxyl- or C-terminus) and it is ma<strong>de</strong> up<br />

of a regularly repeating backbone and distinctive<br />

si<strong>de</strong> chains or residues (R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 )


Íons formados na fragmentação <strong>de</strong> um Peptí<strong>de</strong>o


+<br />

H2N H 2 N +<br />

H 2 N +<br />

CID <strong>de</strong> um Peptí<strong>de</strong>o Tríptico<br />

H 2 N<br />

Relative I ntensity<br />

K<br />

F<br />

b 1<br />

y<br />

1<br />

b4<br />

L<br />

y<br />

2<br />

b5<br />

b 2<br />

b6<br />

G L<br />

G<br />

b<br />

3<br />

y<br />

3<br />

F<br />

K<br />

COOH<br />

+<br />

COOH<br />

y1<br />

+<br />

COOH<br />

y2<br />

+<br />

COOH<br />

y3<br />

m/z


Nomenclatura dos fragmentos dos peptí<strong>de</strong>os


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

•Separa os íons beseando no tempo <strong>de</strong> vôo<br />

•Os íons são acelerados por um campo elétrico


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

Laser<br />

Signal processing<br />

Detector


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

Laser<br />

Signal processing<br />

Detector


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

Laser<br />

Signal processing<br />

Detector


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

Laser<br />

Spectrum<br />

Signal processing<br />

Detector


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Tempo <strong>de</strong> Vôo<br />

Laser<br />

Spectrum<br />

Signal processing<br />

Detector


Analisador <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Reflectron TOF Z 2


PULSED LASER<br />

BEAM<br />

m/z1 = m/z2<br />

m/z 2<br />

Signal<br />

processing<br />

m/z 1<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


LASER<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


LASER<br />

t x<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


LASER<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


LASER<br />

m/z<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


m/z<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


m/z<br />

Signal<br />

processing<br />

DETECTOR<br />

ION-GATE<br />

20 kV


íons b<br />

m/z<br />

íons y<br />

m/z


Ac-S P D M V M K/Q G I/L K/Q I/L


N<br />

G T I/L I/L G I/L I/L K/Q S I/L<br />

C


Detectores<br />

Multiplicador <strong>de</strong> elétrons<br />

Multiplica uma corrente eletrônica, por aceleração <strong>de</strong> elétrons na<br />

superfície <strong>de</strong> um eletrodo. A colisão libera um número <strong>de</strong> elétrons<br />

secundários maior que o número <strong>de</strong> elétrons inci<strong>de</strong>ntes Os elétrons<br />

secundários são acelerados também por um outro eletrodo que por sua<br />

vez libera outros elétrons secundários e assim por diante, resultando em<br />

uma amplificação do sinal.


Detectores<br />

Placa <strong>de</strong> Micros Canais (MCP)<br />

Um arranjo <strong>de</strong> capilares <strong>de</strong> vidro - pare<strong>de</strong>s internas - material condutor<br />

<strong>de</strong> energia elétrica - alta voltagem - íon que colidir na pare<strong>de</strong> interna<br />

dos capilares criará uma avalanche <strong>de</strong> elétrons secundários


Detectores<br />

Placa <strong>de</strong> Micros Canais (MCP)


GRUPO LBEZ – www.rc.unesp.br/lbez<br />

Prof. Dr. Mario Sergio Palma<br />

Pós-Doutorandos: Bibiana Monson <strong>de</strong> Souza<br />

Lucilene Delazari dos Santos<br />

Doutorandos: Daniel Sai<strong>de</strong>mberg<br />

Lilian Mari Marcon<strong>de</strong>s Cesas-Togneli<br />

Nicoli Baptista Barao<br />

Paulo César Gomes<br />

Keity Souza Santos<br />

Mestrandos: Fernan<strong>da</strong> Pessoa <strong>de</strong> Sales<br />

I.C.: Virginia Ferreira<br />

Alessandra Vaso<br />

Jose Roberto dos Santos<br />

Nathalia Dias


APLICAÇÕES<br />

APLICA APLICAÇÕES ÕES<br />

<strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong>


Toxinas <strong>de</strong> venenos po<strong>de</strong>m causar uma gran<strong>de</strong> varie<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong><br />

sintomas e apresentar vários mecanismos <strong>de</strong> ação em diferentes<br />

tipos <strong>de</strong> células<br />

Toxinas <strong>de</strong> Venenos po<strong>de</strong>m ser usa<strong>da</strong>s como uma<br />

importante ferramenta para estudos <strong>de</strong> bioativi<strong>da</strong><strong>de</strong><br />

Muitas <strong>de</strong>stas toxinas tornam-se mo<strong>de</strong>los<br />

estruturais para o <strong>de</strong>senvolvimento <strong>de</strong> novas drogas


As toxinas <strong>de</strong> venenos animais <strong>de</strong>vem<br />

estu<strong>da</strong><strong>da</strong>s <strong>de</strong> acordo com sua natureza<br />

química:<br />

Compostos <strong>de</strong> baixo peso molecular;<br />

Peptí<strong>de</strong>os e<br />

Proteínas


O tipo <strong>de</strong> toxina <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> do tipo do veneno<br />

animal em investigação:<br />

Aranhas<br />

Escorpiões<br />

Cobras<br />

Anêmonas<br />

Insetos<br />

LMW + peptí<strong>de</strong>os<br />

Peptí<strong>de</strong>os<br />

Proteínas + peptí<strong>de</strong>os<br />

LMW<br />

Proteínas + peptí<strong>de</strong>os


Parawixia bistriata<br />

HO<br />

HO<br />

NH<br />

NH<br />

NH<br />

NH<br />

O<br />

Tetrahydro<br />

betacarbolinetoxins<br />

Bloqueadores <strong>de</strong> Receptores<br />

Benzodiazipina<br />

NH<br />

NH<br />

NH 2<br />

NH 2<br />

NH 2<br />

NH 2


Acylpolyamine Ami<strong>de</strong> Toxins:<br />

72 estructuras eluci<strong>da</strong><strong>da</strong>s<br />

Non-Competitive Glutamate<br />

Receptor Blockers<br />

HO<br />

HO<br />

OH<br />

NH<br />

NH<br />

O<br />

O<br />

O<br />

NH<br />

NH<br />

NH<br />

O O<br />

NH<br />

CONH 2<br />

O O<br />

NH<br />

CONH 2<br />

O O<br />

NH<br />

CONH 2<br />

NH NH NH NH NH 2<br />

O<br />

NH NH NH NH NH 2<br />

O<br />

NH NH NH NH NH 2<br />

O<br />

Nephila clavipes


Nephila clavipes Web<br />

Insecto Toxins<br />

Insetici<strong>da</strong>s<br />

HO<br />

NH<br />

N<br />

CH 3<br />

.Fe<br />

5-hidroximetil-2-aminometil-N-carbonilamino-2-metilpropilfenona<br />

OH<br />

NH<br />

NH 2<br />

CH 2<br />

CH 2<br />

CH 3<br />

O<br />

O<br />

CH 3


Inflammatory factor:<br />

Jelly Fish: Carib<strong>de</strong>a alata<br />

OH<br />

OH<br />

OH<br />

OH<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

O<br />

OH


Aplicações<br />

Structural Characterization of Novel Chemotactic<br />

and Mastoparan Pepti<strong>de</strong>s from the Venom of the<br />

Social Wasp Agelaia pallipes pallipes by HPLC-<br />

ESI-MS/MS<br />

Maria Anita Men<strong>de</strong>s, Bibiana Monson <strong>de</strong> Souza,<br />

Lucilene Delazari dos Santos and Mario Sergio Palma


Cromatograma <strong>de</strong> massas do extrato <strong>de</strong> veneno bruto<br />

<strong>da</strong> vespa Agelaia pallipes pallipes


Sequências dos peptí<strong>de</strong>os <strong>de</strong>termina<strong>da</strong>s por ESI-MS/MS<br />

I/L-I/L-G-T-I/L-I/L-G-I/L-I/L-K/Q-G-I/L-NH 2<br />

I/L-N-W-I/L-K/Q-I/L-G-K/Q-A-I/L-I/L-D-A-I/L-NH 2<br />

I / L uso <strong>de</strong> íons fragmentos do tipo d e w<br />

Q / K uso <strong>de</strong> reação <strong>de</strong> acetilação com anidrido acético


Distinguindo Ile e Leu<br />

Íons “d” e “w”


Distinguindo Ile e Leu<br />

Íons “d” e “w”


Sequência dos peptí<strong>de</strong>os <strong>de</strong>termina<strong>da</strong>s por<br />

espectrometria <strong>de</strong> massas<br />

Protonectina (MW 1207.8 Da)<br />

I/L-L-G-T-I-L-G-L-L-K-G-I/L-NH 2<br />

Agelaia MP (MW 1565,0)<br />

I/L-N-W-L-K-L-G-K-A-I-I-D-A-I/L-NH 2


Ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s Biológicas<br />

Degranulação <strong>de</strong> Mastócitos


Ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s Biológicas<br />

Hemólise


Ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s Biológicas<br />

Quimiotaxia


Ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s Biológicas<br />

Quimiotaxia


Conclusões<br />

Po<strong>de</strong>r <strong>da</strong> técnica <strong>de</strong> espectrometria <strong>de</strong> massas<br />

Determinação <strong>de</strong> sequência primária <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os;<br />

Distinção <strong>de</strong> resíduos <strong>de</strong> amino ácido isobáricos;<br />

-Caracterização <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os envolvidos em<br />

processo inflamatórios.<br />

Rapid Commun Mass Spectrom 2004: 18, 639-642


MASS SPECTROMETRIC CHARACTERIZATION OF<br />

TWO NOVELINFLAMATORY PEPTIDES FROM THE<br />

VENOM OF THESOCIAL WASP Polybia paulista.<br />

Bibiana Monson <strong>de</strong> Souza 1 , Mauricio Ribeiro Marques 1 ,<br />

Daniela Maria Tomazela2, Marcos Nogueira Eberlin 2 ,<br />

Maria Anita Men<strong>de</strong>s 1 Mario Sergio Palma 1 *<br />

,


Determinação Estrutural<br />

Perfil Cromatográfico do veneno bruto <strong>da</strong> vespa Polybia paulista


Determinação Estrutural<br />

Análise <strong>de</strong> massas do peptí<strong>de</strong>os purificados<br />

B2<br />

A:<br />

B:<br />

B1


Determinação Estrutural


Determinação Estrutural


Distinguindo Ile e Leu<br />

Íons “d” e “w”


Distinguindo Ile e Leu<br />

Íons “d” e “w”<br />

Tempo <strong>de</strong> retenção


Determinação Estrutural<br />

Sequência do peptí<strong>de</strong>o<br />

I N W L K L G K M V I D A L-NH 2<br />

(MW 1611.98 Da)<br />

Rapid Commun Mass Spectrom. 2004: 18


Structural and Functional Characterization of<br />

N-Terminal Blocked Pepti<strong>de</strong>s Isolated from<br />

The Venom of the Social Wasp<br />

Polybia Paulista<br />

Susan Pereira Ribeiro 1 , Maria Anita Men<strong>de</strong>s 1 ,<br />

Bibiana Monson <strong>de</strong> Souza 1 , Lucilene Delazari dos Santos, Maurício<br />

Ribeiro Marques 1 , Walter Filgueira <strong>de</strong> Azevedo Jr 2 ,<br />

Mario Sergio Palma 1*<br />

(1) Dept. Biology - CEIS / IBRC - UNESP - Rio Claro, SP,<br />

(2) CEP: 13506-900 – Brazil; (2) Dept. Physics,<br />

(3) IBILCE-UNESP, S.J.Rio Preto, SP- Brazil


RESULTADOS<br />

Perfil cromatográfico do extrato <strong>de</strong> veneno em gradiente <strong>de</strong> 5<br />

to 60% (v/v) MeCN .


RESULTADOS<br />

Fração 13 apresentou potente ativi<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> <strong>de</strong>granulação<br />

<strong>de</strong>mastócitos.


RESULTADOS<br />

Perfil cromatográfico <strong>da</strong> fração 13 em fase normal sob<br />

condições isocráticas [50% (v/v) MeCN ].


Espectro <strong>de</strong> massas <strong>da</strong> Fração 13<br />

FR 13-1<br />

FR 13-2<br />

B2<br />

A:<br />

B:<br />

B1


Química Degra<strong>da</strong>tiva <strong>de</strong> Edman<br />

Sequeciamento N-Terminal<br />

Não houve reação <strong>de</strong> acoplamento entre os grupos<br />

a-amino <strong>de</strong> ambos peptí<strong>de</strong>os com o reagente <strong>de</strong><br />

Edman (phenylisothiocyanate)<br />

N-Terminal modificado


Espectro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> Sequencial (ESI-MS/MS)<br />

Ac-S-A-D-L/I-V-K/Q-K/Q-L/I-W-D-N-P-A-L/I-NH 2


Espectro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> Sequencial (ESI-MS/MS)<br />

Ac-S-V-D-M-V-M-K/Q-G-I/L-K/Q-L/I-W-P-L/I-NH 2


Uso Combinado <strong>de</strong> MS com Química <strong>de</strong> Proteínas<br />

Distinção <strong>de</strong> resíduos <strong>de</strong> amino ácidos Isobáricos<br />

I / L uso <strong>de</strong> íons fragmentos do tipo d e w<br />

(com alta energia <strong>de</strong> colisão)<br />

Q / K uso <strong>de</strong> reação <strong>de</strong> acetilação com anidrido acético


Sequência Completa dos Peptí<strong>de</strong>os<br />

Polybine-I: Ac-S-A-D-L-V-K-K-I-W-D-N-P-A-L-NH 2<br />

Polybine-II: Ac-S-V-D-M-V-M-K-G-L-K-I-W-P-L-NH 2<br />

Síntese do peptí<strong>de</strong>os em fase sóli<strong>da</strong><br />

Com e sem acetilação


Ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s Biológicas<br />

Degranulação <strong>de</strong> Mastócitos;<br />

Hemólise;<br />

Quimiotaxia;<br />

Antibiose.<br />

Os peptí<strong>de</strong>os não apresentaram ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s<br />

antibióticas nem hemolíticas


Degranulação <strong>de</strong> Mastócitos


Quimiotaxia <strong>de</strong> células PMNL (Polybine I)


Quimiotaxia <strong>de</strong> células PMNL (Polybine II)


CONCLUSÕES<br />

A acetilação dos grupos -amino dos resíduos Nterminal<br />

do Polybine-I e –II aumenta a ativi<strong>da</strong><strong>de</strong><br />

biologica para ambos peptí<strong>de</strong>os;<br />

Po<strong>de</strong>m prevenir a ação <strong>de</strong> algumas exoproteinases<br />

sobre os peptí<strong>de</strong>os;<br />

Os peptí<strong>de</strong>os Polybines I e II constitutem uma nova<br />

família <strong>de</strong> peptí<strong>de</strong>os inflamatórios encontrados no<br />

veneno <strong>de</strong> vespas, apresentando em in vivo um<br />

bloqueio químico no resíduo N-terminal


APLICAÇÕES<br />

APLICA APLICAÇÕES ÕES<br />

<strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> Massa x<br />

Análise An Análise lise Proteômica


“análise <strong>de</strong> PROTeínas expressas<br />

por um genOMA”


separação sistemática<br />

I<strong>de</strong>ntificação<br />

quantificação<br />

PROTEOMA<br />

conjunto <strong>de</strong><br />

Proteínas<br />

1 amostra


PROTEOMA<br />

“análise <strong>de</strong> PROTeínas expressas<br />

por um genOMA”


PROTEOMA<br />

“análise <strong>de</strong> PROTeínas expressas<br />

por um genOMA”


Há muito mais proteínas no proteoma que genes no genoma<br />

GENOMA PROTEOMA<br />

Representa a soma <strong>de</strong> todos os genes<br />

<strong>de</strong> um organismo<br />

Não é uma característica fixa no<br />

organismo


O material genético<br />

po<strong>de</strong> ser expresso<br />

<strong>de</strong> várias maneiras<br />

“Splicing” do RNAm<br />

Modificações póstraducionais


Atualmente<br />

PROTEOMA<br />

1995<br />

To<strong>da</strong>s as proteínas expressas por um<br />

genoma<br />

Metodologia que objetiva documentar a<br />

distribuição geral <strong>de</strong> proteínas <strong>de</strong> uma<br />

amostra, i<strong>de</strong>ntificar e caracterizar<br />

proteínas individuais e principalmente<br />

eluci<strong>da</strong>r as suas associações e funções


Estudo comparativo <strong>de</strong> venenos:<br />

A gravi<strong>da</strong><strong>de</strong> dos aci<strong>de</strong>ntes<br />

ofídicos causados por serpentes<br />

do gênero Bothrops atrox <strong>da</strong>s<br />

regiões <strong>de</strong> Manaus e <strong>da</strong> Fronteira<br />

Brasil- Colômbia são diferentes. O<br />

mesmo ocorre com diferentes<br />

espécies <strong>de</strong> aranhas do gênero<br />

Loxosceles.<br />

i<strong>de</strong>ntificação <strong>de</strong> proteínas <strong>de</strong><br />

interesse biotecnológico e<br />

farmacológico.


SEQUENCIAMENTO PEPTÍDICO<br />

PEPT DICO<br />

<strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> massas e/ou Sequenciamento<br />

Automático (Química Degra<strong>da</strong>tiva <strong>de</strong> Edman)


<strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong>


BIOINFORMÁTICA BIOINFORM TICA PROTEÔMICA<br />

Programas <strong>de</strong> Busca<br />

(Ferramentas <strong>de</strong> Bioinformática)<br />

Dados oriundos <strong>da</strong> <strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> e<br />

Eletroforese Bidimensional<br />

Bancos <strong>de</strong> Dados


Relatório <strong>de</strong> um Espectrômetro <strong>de</strong> <strong>Massas</strong> do tipo ToF-ToF<br />

(Analyzer 4700 – Applied Biosystems)<br />

130


PROTEOMA DESCRITIVO<br />

I<strong>de</strong>ntificação <strong>da</strong>s proteínas mais abun<strong>da</strong>ntes <strong>da</strong> amostra analisa<strong>da</strong>, a fim <strong>de</strong> compreen<strong>de</strong>r<br />

os mecanismos <strong>de</strong> ação<br />

Proteoma <strong>da</strong> geléia real e do<br />

veneno <strong>da</strong> abelha Apis mellifera<br />

Proteoma do veneno <strong>de</strong><br />

vespa Polybia paulista


I<strong>de</strong>ntificação <strong>da</strong>s proteínas do veneno <strong>de</strong> abelhas Africaniza<strong>da</strong>s (Apis mellifera L.) imunoreativas<br />

ao soro antiveneno por abor<strong>da</strong>gem proteômica<br />

Veneno total 92 spots<br />

16 proteínas<br />

i<strong>de</strong>ntifica<strong>da</strong>s:<br />

Fosfolipases<br />

Metaloproteases


Proteínas imunoreativas<br />

Áci<strong>da</strong>s Básicas<br />

210 spots 72 spots<br />

43 spots comuns<br />

Total: 239 spots diferentes<br />

Proteínas não<br />

imunoreativas<br />

Extratos específicos para<br />

diagnóstico e tratamento<br />

111 spots


Gel <strong>de</strong> Eletroforese Bidimensional em SDS-PAGE 15%(m/v) do veneno <strong>da</strong> vespa social Polybia<br />

paulista. As proteínas foram focaliza<strong>da</strong>s em fitas <strong>de</strong> pI <strong>de</strong> 3 a 10, com 13 cm <strong>de</strong> comprimento.<br />

Aproxima<strong>da</strong>mente, 225 proteínas foram <strong>de</strong>tecta<strong>da</strong>s pela coloração com CBB.


IMUNODETECÇÃO<br />

Soros dos pacientes sensibilizados com o veneno <strong>da</strong> vespa Polybia paulista x Veneno <strong>da</strong> vespa P. paulista<br />

16 proteínas imunoreativas<br />

* 1º Relato: I<strong>de</strong>ntificação <strong>de</strong> antígenos clássicos e suas<br />

isoformas<br />

Extratos específicos para<br />

diagnóstico e tratamento


kDa<br />

50<br />

40<br />

30<br />

25<br />

PROTEOMA DE EXPRESSÃO DIFERENCIAL<br />

Tecido sadio e doente ou Células perturba<strong>da</strong>s por drogas ou outros estímulos<br />

Câncer <strong>de</strong> Cabeça e Pescoço<br />

pI 3.0 10.0 pI 3.0 10.0<br />

Tecido Sadio Tecido Doente


Softwares para Tratamento e Análise <strong>de</strong> Géis 2D<br />

Tecido Doente Tecido Sadio


kDa<br />

50<br />

40<br />

30<br />

25<br />

Expressão Protéica - Doença do Cancro Cítrico<br />

Planta Sadia Planta<br />

Doente<br />

pI 4.0 5.9 4.0 5.9


PROTEOMA DE MAPEAMENTO<br />

A i<strong>de</strong>ntificação <strong>de</strong> proteínas e suas ativi<strong>da</strong><strong>de</strong>s em organelas, refletindo a atuação <strong>da</strong>s<br />

mesmas (funções), o qual promove a visualização <strong>da</strong>s proteínas (distribuição espacial<br />

celular) e se elas estão ativas.<br />

Wu et al (2000) i<strong>de</strong>ntificou várias<br />

classes <strong>de</strong> proteínas envolvi<strong>da</strong>s na<br />

regulação <strong>da</strong> fusão <strong>de</strong> membranas e<br />

secreção utilizando eletroforese 2D e<br />

<strong>Espectrometria</strong> <strong>de</strong> <strong>Massas</strong><br />

Obtenção <strong>de</strong> um screening<br />

funcional entre estados<br />

diferentes dos retículos<br />

endoplasmáticos <strong>de</strong> glândulas<br />

mamárias <strong>de</strong> ratos.


SHOT GUN


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