Structuur van gedeprotoneerde aminozuren bepaald met FELIX

31 maart 2009
Met behulp van de vrije-elektronenlaser FELIX hebben onderzoekers onder leiding van Jos Oomens van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen aangetoond dat fotodissociatiespectra vragen rond de structuur van aminozuren kunnen beantwoorden. Dit is van groot belang om meer te weten te komen over de precieze functie van biomoleculen zoals eiwitten, vetten en aminozuren.

 

De structuur en daarmee de functie van biomoleculen wordt in sterke mate bepaald door elektrostatische interacties binnen het molecuul. Afhankelijk van de zuurgraad van de omgeving zijn zure groepen (carboxylgroepen) in eiwitten vaak gedeprotoneerd en basische groepen (aminogroepen) geprotoneerd waardoor negatief en positief geladen delen ontstaan die uiteindelijk de structuur van het hele biomolecuul bepalen. Nagenoeg alle biomoleculen bezitten meerdere basische en zure groepen en de vraag is vaak welke ge(de)protoneerd worden. Zelfs voor de eenvoudigste biomoleculen, zoals sommige aminozuren, en zelfs in volledige isolatie in de gasfase blijkt deze vraag nog lastig te beantwoorden. Aminozuren hebben naast zure en basische groepen bovendien nog een restgroep, die afhankelijk van het aminozuur neutraal, zuur of basisch kan zijn.

 

Lang werd aangenomen dat deprotonering van aminozuren altijd plaatsvindt op de carboxylgroep van de hoofdketen. Recentelijk is hierover twijfel ontstaan. De aminozuren cysteïne en tyrosine zouden in de gasfase juist deprotoneren op de restgroep.

 

Bekende technieken voor het bepalen van de structuur van biomoleculen zijn o.a. NMR, Röntgendiffractie en IR absorptiespectroscopie. Deze technieken zijn echter niet toepasbaar op de uiterst ijle ionenwolk in een massaspectrometer. De vrije-elektronenlaser FELIX biedt nu uitkomst. De biomoleculen worden bestraald met infrarood licht wat uiteindelijk een zogenaamd infrarood fotodissociatie spectrum oplevert. Door vergelijking met berekende spectra kan de moleculaire structuur worden afgeleid.

 

De in deze studie gemeten fotodissociatiespectra van een aantal gasvormige gedeprotoneerde aminozuren, waaronder cysteïne en tyrosine, laten in alle gevallen een goede overeenkomst met berekende spectra voor een zogenaamde carboxylaatstructuur zien. Deprotonering van de restgroep kan op basis van vergelijking met het berekende spectrum duidelijk worden uitgesloten (zie figuur rechts).

 

De resultaten van dit onderzoek zijn recentelijk gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society, zie http://dx.doi.org/10.1021/ja807615v.