Fosfopeptitlerin çözünmeyen geçiş metal oksitleri üzerinde seçimli zenginleştirilmesi ve MALDI-MS ile doğrudan tayinleri
Selective phosphopeptide enrichment on insoluble transition metal oxides and direct determination by MALDI-MS
Yazar: GİZEM KAYNAR
Danışman: PROF. DR. BEKİR SALİH
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Fosfoproteinler = Phosphoproteins ; Fosforilasyon = Phosphorylation ; Kütle spektrometri = Mass spectrometry ; Metal oksitler = Metal oxides ; Zenginleştirme = Enrichment ; Zenginleştirme yöntemleri = Enrichment methods

Özet:
Hücresel faaliyetlerin düzenlenmesi, post-translasyonel modifikasyonlar ile gerçekleşmektedir. Bu modifikasyonlardan en sık rastlananı ise fosforilasyondur. Protein yapılarının fosforilasyonu, fosfat grubunun bir veya daha fazla amino asite tersinir bir şekilde kovalent olarak bağlanmasıdır. Hangi proteinin ne zaman, nerede ve kim tarafından fosfatlanacağının anlaşılması birçok hücre içi sinyal iletim mekanizmasının anlaşılmasında anahtar rol oynamaktadır. Hücresel faaliyetlerde görev alan fosfoproteinlerin yapılarının aydınlatılması için günümüzde en etkin teknik olarak kütle spektrometrisi kullanılmaktadır. Fakat fosfopeptitlerin kütle spektrometrik analizler için oldukça önemli bir parametre olan iyonlaşma verimlerinin ve hücre içerisindeki proteinlerin fosfatlanma yüzdelerinin düşük olması nedeniyle oluşacak fosfopeptit birimlerinin miktarları, analiz için kullanılacak olan kütle spektrometrik tekniklerin tayin sınırlarının altında kalmaktadır. Bu sorunların çözülmesi amacıyla fosfopeptitlerin kütle spektrometrisi ile analiz edilmeden önce bulundukları ortamdan seçimli olarak ayrılıp belli bir yerde toplanarak, zenginleştirme çalışmaları yapılması gereklidir.
Bu tez kapsamında; ß-kazein proteininin ve yağsız inek sütü örneklerinin enzimatik olarak parçalanmasından elde edilen peptit birimleri içerisinden pozitif yüklü nikel, bakır, kobalt, demir, gadolinyum, disprosiyum, vanadyum, molibden gibi geçiş metallerinin oksitleri kullanılarak saflaştırılan fosfopeptitler Matriks Yardımlı Lazer Desorpsiyon/İyonlaştırmalı-Kütle Spektrometresi (MALDI-MS) ile incelenmiştir. Fosfopeptitler ile geçiş metali oksitleri arasındaki etkileşimler, fosfopeptit yapılarında yer alan negatif yüklü fosfat grupları ile pozitif yüklü metaller arasında meydana gelmektedir. Bu etkileşimler sayesinde fosfopeptitler, enzimatik parçalanma sonucu oluşan peptit karışımı içerisinden özgün olarak ayrılıp, kullanılan geçiş metal oksitlerinin yüzeyleri üzerinde zenginleştirilmiştir. Zenginleştirilen fosfopeptitlerin doğrudan, kullanılan geçiş metal oksitlerinin yüzeylerinden kütle spektrometrik olarak analizleri yapılmıştır ve bu veriler, fosfopeptitler zenginleştirildikleri geçiş metal oksidi üzeriden desorbe edildikten sonra yapılan kütle spektrometrik analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda desorpsiyon basamağına ihtiyaç olmadığı ve fosfopeptitlerin, kullanılan geçiş metal oksitlerinin yüzeyinden aynı başarı ile doğrudan kütle spektrometrik analizlerinin yapılabileceği tespit edilmiş ve bu yöntemin fosfopeptit zenginleştirme çalışmalarında başarıyla kullanılabileceği gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Fosfopeptit, post-translasyonel modifikasyon, fosfopeptit 
zenginleştirme, MALDI-MS, metal oksit, fosfopeptit-metal oksit etkileşimleri.

Abstract:
Post-translational modifications organize cellular activities. One of the most common post-translational modifications is phosphorylation. Phosphorylation is the reversible covalent attachment of one ore more phosphate group to the protein structure. It is important to know which protein phosphorylates, or when the phosphorilation begins, for understanding intracellular signal transportation mechanism. Nowadays, mass spectrometry is used as the most efficient technique for characterizing phosphoproteins taking charge in cellular processes. However, phoshopeptides have low ionization efficiency which is a very important parameter for mass spectrometry. Furthermore, the concentration of phosphopeptides is usually lower than the detection limit of mass spectrometric techniques because of the substoichiometric phosphorylation. Therefore, selective enrichment and preconcentration is required to overcome all these issues before the mass spectrometric analysis of phosphopeptides. 
Within the scope of this thesis, phosphopeptides in  peptide mixtures, obtained from the enzymatic digestion of ß-casein and milk samples, were selectively enriched and purified with positively charged transition metal oxides such as nickel, copper, cobalt, iron,  dysprosium and gadolinium, vanadium oxides. Moreover, these phosphopeptides were determined directly on transition metal oxide surfaces by MALDI-MS after the enrichment process. Then, data obtained form these experiments were compared with the MALDI-MS analysis results obtained after desorption of the phosphopeptides from the transition metal oxide surfaces using elution process. This comparison showed that the elution of the phosphopeptides from the surfaces of metal oxides is not required prior to their mass spectrometric analysis. Thus, phosphopeptides could be directly detected on transition metal oxide surfaces as well as their detection after desorption.  Also the same method is very useful after enrichment of phosphopeptides from complex real biological samples such as non-fat milk.

Keywords: Phosphopeptides, post-translational modification, phosphopeptide enrichment,
MALDI-MS, metal oxide, phosphopeptide-metal oxide interactions