La frase “proteína y péptido” se refiere a una muestra relativamente pura de un biorreactor o un proceso de purificación. Estas muestras incluyen poco o ningún material no proteico adicional. La generación de aminoácidos libres a partir de proteínas intactas o péptidos es un paso esencial en la producción de datos útiles y exactos para el análisis de aminoácidos. Para habilitar esta generación, es necesario descomponer o hidrolizar una proteína o un péptido para obtener sus aminoácidos constituyentes individuales.
En esta sección se presentan los procedimientos básicos para la hidrólisis de péptidos y proteínas en fase de vapor y en fase líquida, y se hace hincapié en las consideraciones preliminares necesarias para un análisis óptimo.
Las subsecciones adicionales cubren los procedimientos de hidrólisis alternativos para el análisis de muestras especiales que contienen aminoácidos que no son compatibles con las técnicas de hidrólisis ácida (HCl) estándar: triptófano y cisteína/cistina.
En esta sección, nos centraremos en la hidrólisis ácida por HCl, que es el método más común utilizado para preparar muestras de aminoácidos. Sin embargo, para que las muestras de proteínas se consideren completamente hidrolizadas —mediante cualquier método—, se deben tener en cuenta varios factores. Los tampones neutralizantes, así como los sólidos presentes, deben considerarse en las estimaciones de procedimiento. Además, la velocidad o el alcance de la hidrólisis varían para los aminoácidos presentes en las proteínas, lo que requiere realizar estudios del efecto del tiempo en el proceso de hidrólisis y la validación adecuada de todos los métodos. La manipulación adecuada de las muestras durante la hidrólisis garantiza la obtención de resultados de alta calidad. Las dificultades más frecuentes en este tipo de análisis suelen estar relacionadas con la aplicación de una técnica inadecuada o descuidada. Para lograr una hidrólisis eficaz con este método, primero es necesario responder cuatro preguntas:
Las siguientes secciones describen las determinaciones necesarias y proporcionan ejemplos de cálculos según corresponda.
A menos que la muestra sea limitada, debe haber entre 2 y 25 µg de proteína presente en la hidrólisis para minimizar los efectos de la contaminación. Independientemente del modo de hidrólisis, se recomienda utilizar 20 µg.
Ejemplo de cálculo: determinación del requisito de dilución
Para una proteína de 5 mg/mL en 150 mM de NaCl, se determinará la cantidad de sólidos (incluidas las sales) y el factor de dilución.
El primer paso es determinar la cantidad total de sólidos en la muestra. Esto se puede llevar a cabo multiplicando la concentración de proteína (µg/µL) por la concentración en peso de la sal (concentración x PM) para obtener la cantidad total de sólidos.
El siguiente paso es determinar la dilución necesaria para el valor objetivo de 20 µg de proteína (en 20 µL). Esto se puede hacer multiplicando la cantidad/el volumen deseado por la inversa de la concentración de la muestra. Esto da como resultado una relación de dilución de 1:5 necesaria para la muestra descrita anteriormente.
El volumen total recomendado para la hidrólisis es de 100 µL (cuando se utilizan tubos de 6 x 50 mm), con un volumen de muestra de 10 a 20 µL. Este volumen de muestra, diluido o no, depende del tipo de hidrólisis realizada y sigue estas pautas:
Nuevamente, es importante tener en cuenta que cuanto menor sea la cantidad de proteína en la alícuota de la muestra, más vulnerable será el análisis a la contaminación.
El volumen de ácido añadido a la hidrólisis es fundamental. Sobre todo, para la hidrólisis en fase líquida. A continuación, se proporcionan las pautas para el volumen de ácido con un ejemplo exhaustivo.
Ejemplo de cálculo: determinar el volumen de ácido que se añadirá a una hidrólisis líquida
Siguiendo las pautas anteriores, la cantidad mínima de ácido añadida para una hidrólisis debe superar 25 veces la concentración del tampón y 100 veces el exceso de peso de la muestra. Por lo tanto, para determinar el volumen de ácido necesario, se debe calcular lo siguiente:
Para una proteína, esto supone 2,1 mg/mL en Na/K2PO4 2 mM:
La cantidad de tampón en cada tubo se determina multiplicando la concentración molar del tampón por el número de grupos valorables (tres para el tampón de fosfato) y luego ajustando al volumen total de la muestra dispensada, en este caso, 10 µL.
Cada tubo contendrá 60 nmol de solución tampón.
A continuación, se determina el exceso de 25 veces multiplicando la cantidad por 25.
Este número corresponde a los moles de ácido tampón necesarios para lograr una neutralización eficaz.
Los moles de solución tampón necesarios para la neutralización deben convertirse en un volumen de ácido para añadirlos a cada tubo.
Para esta muestra, un volumen de 0,25 µL neutralizará eficazmente el tampón.
Para lograr un exceso de ácido de 100 veces sobre la muestra, se debe determinar la cantidad total de sólidos en la muestra. Los sólidos totales serán la proteína más el tampón más cualquier otro material presente. En este caso, la muestra es una proteína purificada.
Esto se puede determinar multiplicando la concentración de proteína (µg/µL) por la concentración en peso de la sal (concentración x PM) para obtener la cantidad total de sólidos.
Se calcula que el total de sólidos para esta muestra es de 24,9 µg.
Para determinar el exceso de ácido objetivo de 100 veces, se debe multiplicar el total de sólidos por 100.
Por último, convertir el exceso en peso a volumen de HCl 6 M para añadirlo a cada tubo, multiplicando el peso por el peso por mol del ácido por la molaridad del ácido.
En este caso, 11,4 µL de HCl 6 M proporcionarán un exceso de 100 veces de ácido sobre la muestra.
El volumen final de ácido a añadir a cada tubo es la suma de los volúmenes necesarios para neutralizar el tampón de muestra y alcanzar el exceso de 100 veces:
Se necesita un volumen de 11,65 µL de HCl 6 M para garantizar una hidrólisis eficaz. Este volumen se puede redondear a un volumen que pueda transferirse con precisión.
El uso de un patrón interno (internal standard [IS]) compensa mejor la variabilidad en la hidrólisis de los aminoácidos individuales de la muestra. La norvalina (Nva) es un patrón interno de uso común.
Cuando se utiliza un patrón interno:
Para determinar la cantidad de IS necesaria en la muestra inicial, el cálculo se realiza a partir de la cantidad deseada de IS necesaria en la muestra. Como parte de este cálculo, es importante considerar el paso de derivatización.
Ejemplo de cálculo: determinar la cantidad de patrón interno para una muestra
El IS total se determina, operando en orden inverso, al multiplicar la cantidad de IS necesaria en la muestra final, el factor de dilución de la derivatización y la muestra reconstituida en el tubo de hidrólisis. En este ejemplo, se necesitan 25 pmol de IS en la muestra final derivatizada, y se diluye la muestra 10 veces durante la derivatización y 5 veces antes de la derivatización. Por lo tanto:
Esto indica que necesitamos 1250 pmol de IS en nuestra muestra de hidrólisis.
Dado el PM (mg/mol) y la conversión de µL a mL, podemos ver que necesitamos 0,14 mg de IS añadidos a cada mL de nuestra muestra inicial.
La hidrólisis en fase de vapor se recomienda para muestras de péptidos o proteínas relativamente puras que contengan poco o ningún material particulado. Se considera que es el enfoque más sensible. Se prefiere una estación de trabajo de hidrólisis autónoma y automatizada para este tipo de hidrólisis. El control del vacío, el mantenimiento de la temperatura, las purgas con nitrógeno y el secado de la muestra necesarios en el procedimiento se realizan mejor utilizando un sistema automatizado como la estación de trabajo de hidrólisis Eldex, el cual se describe en la sección 4.
Reactivos:
Nota: Para obtener información adicional sobre los reactivos, consultar el manual de funcionamiento de la estación de trabajo de hidrólisis.
Procedimiento (basado en el uso de una estación de trabajo automatizada):
Indicaciones:
Nota: Es común que el HCl presente un color marrón después de la hidrólisis. Se deriva del fenol. El etanol o la acetona funcionan bien para eliminar la decoloración de los viales y las tapas.
PRECAUCIÓN: Los problemas relacionados con la hidrólisis pueden ser difíciles de distinguir de los problemas de la derivatización.
La hidrólisis en fase líquida se utiliza cuando las muestras son más complejas. En este caso, hay partículas u otras materias extrañas que pueden interferir con el proceso de la fase de vapor. En general, este enfoque se considera menos sensible; pero, cuando se realiza con cuidado y precisión, puede proporcionar buenos resultados.
Procedimiento:
Antes de comenzar:
Pesar las muestras correspondientes a aproximadamente 20 mg de proteína al 0,1 mg más cercano en tubos de hidrólisis o transferir la muestra diluida a los tubos (como se calcula en las Secciones 2.1.3 y 2.1.4). Normalmente, se emplea un volumen total de 10 µL. Mezclar.
Hay varios aminoácidos que se ven afectados por una hidrólisis inadecuada. Por ejemplo:
El análisis de Trp en proteínas y péptidos es complicado debido a la inestabilidad de este aminoácido en condiciones normales de hidrólisis con HCl 6 N. Se pueden utilizar procedimientos de hidrólisis alternativos para generar Trp intacto para el análisis:
El reactivo MSA debe añadirse directamente a los tubos de muestra de 6 x 50 mm (hidrólisis en fase líquida), ya que el ácido no es volátil. La adición de metanol y la neutralización después de la hidrólisis proporcionan buenos resultados para el triptófano y no interfieren en ningún proceso de derivatización posterior. En la figura 2, se ilustra la reacción del MSA con proteína.
Nota: Este procedimiento también se puede utilizar para determinar Cys y Met. Convierte Cys a Cya y Met a metionina sulfona.
Nota: Tyr y Trp no son estables en el procedimiento de oxidación con ácido perfórmico utilizado tradicionalmente para el análisis de Cys y Met.
Indicaciones:
Comprobar si hay interferencias con las muestras de control de blanco.
PRECAUCIÓN:
Si la hidrólisis ácida del triptófano plantea problemas de estabilidad, otra alternativa es la hidrólisis de la proteína utilizando una base.
Es complicado cuantificar la cisteína (Cys) en muestras de proteínas debido a la inestabilidad de este aminoácido en condiciones estándar de hidrólisis ácida. Desafortunadamente, a diferencia del Trp, las hidrólisis ácidas o básicas alternativas no son satisfactorias. Hay dos procedimientos comunes para el análisis de Cys que implican la conversión de la cisteína en derivados más estables. El primer procedimiento es la alquilación del grupo sulfhidrilo, y el segundo es una oxidación al ácido sulfónico, ácido cisteico o cianúrico (Cya) estable frente al ácido.
ADVERTENCIA: Una complicación adicional que se puede presentar durante el análisis de Cys es que gran parte del aminoácido está presente como el dímero, cistina (Cys2), que debe reducirse a cisteína antes de cualquier procedimiento de alquilación.
Es importante tener en cuenta que estos procedimientos específicos se realizan antes del paso de la hidrólisis ácida estándar.
El ácido perfórmico es un potente reactivo oxidante que convierte cuantitativamente la cisteína (Cys) y la cistina (Cys2) en ácido cisteico (Cya) (figura 4). La bibliografía contiene muchas referencias al uso de este reactivo en una amplia variedad de condiciones y procedimientos. El siguiente procedimiento se basa en el de Tarr, G.E., 1986.
Nota: Este procedimiento produce los resultados más exactos para la cisteína y la metionina.
Nota: El Tyr no son estables en este procedimiento de oxidación.
Los procedimientos de alquilación son más selectivos que la oxidación con ácido perfórmico y producen pocos o ningún cambio en los otros aminoácidos. Esto los hace más adecuados para el análisis de la proteína completa, así como para otros procedimientos que pueden seguir a la modificación de Cys, como el mapeo de péptidos.
En este método, la alquilación se presenta con 4-vinilpiridina; el procedimiento general descrito a continuación también se puede adaptar para varios agentes alquilantes. En principio, se debe añadir suficiente reactivo reductor a la muestra para convertir la cistina (Cys2) en cisteína (Cys). A continuación, se añade el exceso de reactivo de alquilación a la muestra reducida (figura 5).
El siguiente procedimiento se puede utilizar para 1 a 1000 nmol de proteína o péptido.
Nota: El volumen total de la reacción se puede disminuir reduciendo el tampón a0,25 mL, el Gu-HCl a 250 mg, el DTT a 1 mg y el 4-VP a 2 µL. Esto es adecuado para hasta250 pmol de muestra. Después de la alquilación, diluir con 750 µL de H20 y continuar.
Nota: 8 µL de 4-VP equivalen aproximadamente a 74 µmol. Se puede sustituir el 4-VP por otros reactivos alquilantes (p. ej., ácido yodoacético) en el procedimiento utilizando la misma concentración de reactivo.
Guía completa sobre la hidrólisis y el análisis de aminoácidos
Hidrólisis de proteínas y péptidos purificados
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