ESPECTRÓMETRO DE MASA
Esta técnica básicamente estudia el efecto de la energía ionizante en las moléculas. Depende de las reacciones químicas en la fase gaseosa en las que las moléculas de muestra se consumen durante la formación de especies iónicas y neutras.
Principio básico
Un espectrómetro de masas genera múltiples iones de la muestra bajo investigación, luego los separa de acuerdo a su relación específica de masa a carga (m/z), y luego registra la abundancia relativa de cada tipo de ion.
El primer paso en el análisis de espectrometría de masas de los compuestos es la producción de iones en fase gaseosa del compuesto, básicamente por ionización de electrones. Este ion molecular sufre fragmentación. Cada ion de producto primario derivado del ion molecular, a su vez, sufre fragmentación, y así sucesivamente. Los iones se separan en el espectrómetro de masas según su relación de masa a carga, y se detectan en proporción a su abundancia. Se produce así un espectro de masa de la molécula. Muestra el resultado en forma de una gráfica de abundancia de iones versus relación de masa a carga. Los iones proporcionan información sobre la naturaleza y la estructura de su molécula precursora. En el espectro de un compuesto puro, el ion molecular, si está presente, aparece en el valor más alto de m/z (seguido de iones que contienen isótopos más pesados) y da la masa molecular del compuesto.
Componentes
El instrumento consta de tres componentes principales:
Fuente de iones: para producir iones gaseosos a partir de la sustancia que se estudia.
Analizador: para resolver los iones en sus componentes de masa de características de acuerdo a su relación de masa a carga.
Sistema detector: para detectar los iones y registrar la abundancia relativa de cada una de las especies iónicas resueltas.
Además, es necesario un sistema de introducción de muestras para admitir las muestras a estudiar en la fuente de iones mientras se mantienen los requisitos de alto vacío (~ 10-6 a 10-8 mm de mercurio) de la técnica; y se requiere una computadora para controlar el instrumento, adquirir y manipular datos y comparar los espectros con las bibliotecas de referencia.
Con todos los componentes anteriores, un espectrómetro de masas siempre debe realizar los siguientes procesos:
Producir iones de la muestra en la fuente de ionización.
Separe estos iones según su relación de masa a carga en el analizador de masas.
Eventualmente, fragmente los iones seleccionados y analice los fragmentos en un segundo analizador.
Detecta los iones que emergen del último analizador y mide su abundancia con el detector que convierte los iones en señales eléctricas.
Procese las señales del detector que se transmiten a la computadora y controle el instrumento usando la retroalimentación.
Análisis de biomoléculas mediante espectrometría de masas
La espectrometría de masas se está convirtiendo rápidamente en un campo indispensable para analizar biomoléculas. Hasta la década de 1970, las únicas técnicas analíticas que proporcionaban información similar eran los métodos electroforéticos, cromatográficos o de ultracentrifugación. Los resultados no fueron absolutos ya que se basaron en características distintas al peso molecular. Por lo tanto, la única posibilidad de conocer el peso molecular exacto de una macromolécula sigue siendo su cálculo en función de su estructura química.
El desarrollo de métodos de ionización por desorción basados en la emisión de iones preexistentes como la desorción de plasma (PD), el bombardeo de átomos rápidos (FAB) o la desorción láser (LD), permitió la aplicación de espectrometría de masas para analizar biomoléculas complejas.
Análisis de Glycans
Los oligosacáridos son moléculas formadas por la asociación de varios monosacáridos vinculado a través de enlaces glicosídicos. La determinación de la estructura completa de los oligosacáridos es más compleja que la de las proteínas u oligonucleótidos. Implica la determinación de componentes adicionales como consecuencia de la naturaleza isomérica de los monosacáridos y su capacidad para formar oligosacáridos lineales o ramificados. Conocer la estructura de un oligosacárido requiere no solo la determinación de su secuencia de monosacáridos y su patrón de ramificación, sino también la posición del isómero y la configuración anomérica de cada uno de sus enlaces glucosídicos.
Los avances en la glicobiología implican un estudio exhaustivo de la estructura, la biosíntesis y la biología de azúcares y sacáridos. La espectrometría de masas (MS) está emergiendo como una tecnología habilitadora en el campo de la glucomancia y la glicobiología.
Análisis de lípidos
Los lípidos están formados por muchas clases de moléculas diferentes que son solubles en solventes orgánicos. La lipidomia, una parte importante de la metabolómica, constituye el análisis detallado y la caracterización global, tanto espacial como temporal, de la estructura y función de los lípidos (el lipidoma) dentro de un sistema vivo.
Se han desarrollado muchas estrategias nuevas para análisis de lípidos basados en espectrometría de masas. Las metodologías lipidómicas más populares incluyen fuentes de ionización por electrospray (ESI) y analizadores de triple cuadrupolo. Usando la espectrometría de masas, es posible determinar el peso molecular, la composición elemental, la posición de ramificación y la naturaleza de los sustituyentes en la estructura lipídica.
Análisis de proteínas y péptidos
Las proteínas y péptidos son polímeros lineales formados por combinaciones de los 20 aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Las proteínas se someten a varias modificaciones postraduccionales, extendiendo el rango de su función a través de tales modificaciones.
El término proteómica se refiere al análisis del contenido completo de proteínas en un sistema vivo, que incluye proteínas modificadas co y postraduccionalmente y variantes alternativamente empalmadas. La espectrometría de masas se ha convertido en una técnica crucial para casi todos los experimentos de proteómica. Permite la determinación precisa de la masa molecular de los péptidos, así como sus secuencias. Esta información puede usarse muy bien para identificación de proteínas, secuenciación de novo e identificación de modificaciones postraduccionales.
Análisis de oligonucleótidos
Los oligonucleótidos (ADN o ARN) son polímeros lineales de nucleótidos. Estos se componen de una base nitrogenada, un azúcar ribosa y un grupo fosfato. Los oligonucleótidos pueden sufrir varias modificaciones covalentes naturales que están comúnmente presentes en tRNA y rRNA, o en elementos no naturales que resultan de reacciones con compuestos exógenos. La espectrometría de masas juega un papel importante en la identificación de estas modificaciones y la determinación de su estructura, así como su posición en el oligonucleótido. No solo permite la determinación del peso molecular de los oligonucleótidos, sino también de forma directa o indirecta, la determinación de sus secuencias.
Software para análisis de datos espectrométricos de masas
SimGlycan®. Predice la estructura de glucanos y glicopéptidos a partir de los datos MS / MS adquiridos por espectrometría de masas, facilitando la glucosilación y los estudios de modificación postraduccional. SimGlycan® acepta los perfiles experimentales de MS, tanto de glicopéptidos como de glucanos liberados, los relaciona con su propia base de datos y genera una lista de estructuras probables. El software también es compatible con el análisis de datos de espectrometría de masas de múltiples etapas que permite la elucidación estructural y la identificación de vías de fragmentación.
SimLipid. Es una innovadora herramienta de caracterización de lípidos que permite la elucidación estructural de lípidos desconocidos utilizando datos MS / MS. El software analiza los datos de espectrometría de masa lipídica para caracterizar y perfilar los lípidos. SimLipid también puede anotar los espectros de masas con las estructuras lipídicas identificadas mediante abreviaturas.