环肽、订书肽和支链肽是一类具有良好治疗特性的生物分子。订书肽和环肽是非线性肽,在生理环境中显示出生物稳定性和对蛋白水解消化的抵抗力。防止降解的肽已显示出高效力和低毒性。因此,环肽、订书肽有着很好的用于治疗的前景。
然而,在分析过程中,环状肽和订书肽的结构表征并非微不足道。例如,阐明环状肽的序列比线性肽要困难得多。最近,某高校的研究人员报告了一种基于质谱的方法,用于表征环肽或订书肽。这种新方法采用精氨酸选择性衍生化策略,并结合通过串联电喷雾质谱 (ESI-MS/MS) 分析修饰的肽。在脱胍反应的帮助下,存在于环肽或订书肽中的精氨酸残基被转化为鸟氨酸残基。该反应将精氨酸残基转化为肽中的高度选择性可切割位点。使用碰撞诱导解离 (CID) 或类似类型的激活会诱导鸟氨酸残基环化并破坏相邻的酰胺键。这种现象被称为“鸟氨酸效应”。
氨基酸鸟氨酸不是由 DNA 编码的,鸟氨酸在自然界中通过精氨酸的脱胍作用产生,并且鸟氨酸在尿素循环中起重要作用。精氨酸到鸟氨酸的化学转化导致δ-含氨基的侧链。因为鸟氨酸侧链的质子亲和力与赖氨酸非常相似,但与精氨酸的质子亲和力要小得多,所以这种变化会改变存在鸟氨酸残基的多肽中的断裂模式。侧链鸟氨酸引入相邻基团效应,导致鸟氨酸残基的 C 端高度选择性切割。
肽或蛋白质中的精氨酸转化为鸟氨酸在质谱仪中的肽片段化过程中引入了高度选择性的分解途径。
胺对羰基碳的亲核攻击导致六元内酰胺的形成和鸟氨酸 C 端羰基碳键的断裂。如果鸟氨酸残基是 N 端或内部残基,则 HR 是胺 (HNH-R)。如果鸟氨酸残基是 C 端残基,则 HR 是失水 (H 2 O)。六元内酰胺的形成会产生大量的 b 离子。
不同的生化策略允许循环或骨架环化蛋白质和肽的生物合成。这些方法在体外或体内使用标准重组DNA表达技术来生产环状多肽。 然而,使用标准固相肽合成方法合成包含通过缝合引入的桥的骨架环化肽。使用 Fmoc 固相肽合成法生产合成环状订书肽,通常将催化剂例如 Grubbs 的第一代催化剂用于环化反应。最后,所得肽通过制备型反相 HPLC 进行纯化,纯度通过分析型 HPLC 和质谱法确认。
据报道,鸟氨酸效应是质谱仪气相中肽中鸟氨酸残基 C 端发生的位点特异性裂解。
在质谱仪中通过碰撞激活含鸟氨酸的肽期间,鸟氨酸残基的胺通过对相邻羰基的亲核攻击而环化。结果是羰基的 C 端特征性和优先裂解。这被称为“鸟氨酸效应”。
参考文献:Christopher M. Crittenden, W. Ryan Parker, Zachary B. Jenner, Kerry A. Bruns, Lucas D. Akin, William M. McGee, Eugene Ciccimaro, and Jennifer S. Brodbelt; Exploitation of the Ornithine Effect Enhances Characterization of Stapled and Cyclic Peptides. J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2016) Published on line: 10 February 2016.