A fragmentação por captura de elétrons (Electron Capture Dissociation – ECD) é um dos métodos de fragmentação que podem ser aplicados em MS/MS (Espectrometria de massas sequencial) e consiste na introdução de um elétron de baixa energia (cerca de 0,2 eV) no íon em fase gasosa.
A fragmentação em MS/MS pode ser realizada por diversas técnicas, entre elas o processo de dissociação induzida por colisão (CID), o processo de dissociação por captura de elétrons (ECD), dissociação induzida por radiação multifotônica no infravermelho (IRMPD), entre outros. Devido às diferenças entre os mecanismo e fragmentação, essas técnicas normalmente são aplicadas em tipos distintos de moléculas.
A fragmentação ECD é majoritariamente introduzida no estudo de peptídeos por apresentar a característica de produzir fragmentos c e z , enquanto em técnicas como o CID, os fragmentos produzidos são majoritariamente b e y.
A principal diferença entre esses fragmentos está relacionada com a estabilidade da ligação na qual ocorre a clivagem, no caso do fragmentos b e y, a clivagem é puramente termodinâmica e pode ocorrer com o simples aumento de energia do sistema.
Diferentemente dos fragmentos b e y, os fragmentos c e z produzidos pela fragmentação ECD não são provenientes de uma clivagem termodinâmica, indicando a participação orbitalar nesse mecanismo. O mecanismo de fragmentação ECD ainda é excessivamente discutido, sendo o modelo mais aceito o de Washington-Utah. Nesse mecanismo, entretanto, ainda existem duas possibilidades: two-step e one-step.
Two-Step
Nessa versão do modelo WU, o elétron é capturado por um orbital de Rydberg localizado em um sítio positivamente carregado e posteriormente transferido para um orbital π* da amina (na backbone do peptídeo) que seja favorável à receber esse elétron, ou seja, que possua uma estabilização maior que 2.0 eV. Entretanto, como para que essa transferência ocorra é necessária a remoção do elétron do orbital de Rydberg onde ele está instalado, é necessário que a energia de estabilização do orbital π* que receberá o elétron seja de 2.0 eV mais a energia de estabilização do elétron associado ao orbital de Rydberg, para que a remoção do elétron seja possível.
One-Step
Essa alternativa propõe que, diferentemente do modelo Two-Step, o elétron não se ligue ao orbital de Rydberg localizado em um sítio positivamente carregado. Nessa versão o orbital de Rydberg agiria apenas guiando o elétron (por meio de sobreposição orbitalar) ao orbital π* da amida, sem que o elétron se ligue à ele. Como consequência, a estabilização do orbital π* que receberá o elétron não precisa superar o extra de energia de estabilização do elétron no orbital de Rydberg, uma vez que essa ligação não ocorre.
Uma vez que o elétron está ligado ao orbital π* da amida, a clivagem N-Cα pode ocorrer superando a barreira energética que é muito menor do que a barreira para a clivagem homolítica dessa ligação na ausência do elétron. É importante ressaltar que a estabilização dos orbitais π* é devido às forças Coulombicas e elestrostáticas no sítio que a ligação N-Cα se encontra.
Sendo a clivagem por ECD uma fragmentação não-energótica e não-termodinâmica, as cadeias laterais e modificações (fosforilações, metilações e etc) permanecem intactas - não são clivadas, sendo essa uma das maiores vantagens da fragmentação ECD por permitir a identificação de modificações pós-traducionais em proteínas.
[1] Zubarev, R., Kelleher, N. L., & McLafferty, F. W. (1998). Electron capture dissociation of multiply charged protein cations. A …. J. Am. Chem. Soc, 120(16), 3265–3266. http://doi.org/10.1021/ja973478k [2] Kruger, N. A., Zubarev, R. A., Horn, D. M., & McLafferty, F. W. (1999). Electron capture dissociation of multiply charged peptide cations. International Journal of Mass Spectrometry, 185-187(July 1998), 787–793. http://doi.org/10.1016/S1387-3806(98)14215-X