Estratégias e aplicações da Espectrometria de Massas - Fiocruz
Estratégias e aplicações da Espectrometria de Massas - Fiocruz
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
MALDI IMAGING
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