Флюс ф 59а: Ф 59А 20МЛ., Ф 59А, флюс для алюминия, 20мл.

Ответ интерпретации | PHMSA

7 июля 2010 г.

Г-н Джон К. Кеппел
4234 North Main Street, Unit 502
Fall River, MA 02720

г-н Майкл Л. Миоцца
84 Holland Street
Fall River, MA 02720

RE: Запрос о письменном толковании применимости 49 C.F.R. Часть 193 к предлагаемому заводу по производству сжиженного природного газа на набережной в городе Фолл-Ривер, штат Массачусетс,

Уважаемый г-н.Кеппель и мистер Миоцца:

Вы запросили письменный перевод по трем вопросам, связанным с предложением Weaver’s Cove Energy, LLC (Weaver’s Cove или Компания) по строительству завода по производству сжиженного природного газа (СПГ) на береговой линии (Завод Фолл-Ривер или Завод) в городе Фолл. Река, штат Массачусетс (Фолл-Ривер). В частности, вы спрашиваете, соответствует ли использование Компанией модели источника источников SOURCES для расчета зоны исключения дисперсии легковоспламеняющихся паров газа для береговой части завода в Фолл-Ривер требованиям 49 C.F.R. § 193.2059. Вы также спрашиваете, соответствует ли использование определенного значения потока теплового излучения для расчета зоны исключения теплового излучения для той же части станции 49 C.F.R. § 193.2057. Наконец, вы спрашиваете, является ли отказ Weaver’s Cove предоставить план реагирования на чрезвычайные ситуации (ERP) нарушением 49 C.F.R. Часть 193.

Хотя наши правила не требуют использования конкретной модели источника, мы делаем вывод, что ИСТОЧНИКИ больше не могут использоваться для соответствия нашим требованиям к зоне исключения парогазовой дисперсии.Мы также делаем вывод, что Компания использовала надлежащее значение потока теплового излучения для расчета зоны исключения теплового излучения для береговой части станции, и что еще не требуется предоставлять ERP.

Фон

В декабре 2003 года Weaver’s Cove Energy подала заявку в Федеральную комиссию по регулированию энергетики (FERC) на строительство завода в Фолл-Ривер. 1 В этом заявлении Компания подтвердила, что соответствует требованиям 49 C.F.R. Часть 193 в размещении, проектировании, строительстве, эксплуатации и обслуживании завода.Weaver’s Cove также использовала ИСТОЧНИКИ и значения потока теплового излучения, указанные в NFPA 59A: Standard for the Production, Storage, and Handling of LNG, Edition 2001 Edition (2001 NFPA 59A), чтобы определить размеры зон исключения теплового излучения и парогазовой дисперсии. для завода Фолл-Ривер. 15 июля 2005 года FERC издала приказ об условном одобрении проекта?

В январе 2009 года Weaver’s Cove подала еще одну заявку в FERC на изменение конструкции завода в Фолл-Ривер, заменив его прибрежный морской причал и систему перевалки грузов на систему перегрузки Mount Hope Bay (MHB), морской причал и 4.25-мильная подводная система перекачки СПГ PIP. Поскольку ни один из ваших вопросов не относится к этому предложению, это письмо не касается системы переводов MHB.

Вопрос 1

Сначала вы спрашиваете, соответствует ли использование Weaver’s Cove ИСТОЧНИКОВ для расчета зоны исключения рассеивания легковоспламеняющихся паров газа для береговой части завода в Фолл-Ривер требованиям 49 C.F.R. § 193.2059. Прежде чем ответить на этот вопрос, мы кратко рассмотрим историю наших требований к размещению и обсудим некоторые недавние разработки в области моделирования последствий.

В 1980 году Бюро по транспортировке материалов (MTB) Министерства транспорта США (USDOT) издало первоначальные федеральные минимальные стандарты размещения объектов СПГ3. Эти стандарты требовали, чтобы оператор или государственный орган контролировали собственность в «запретной зоне» для защиты население от неблагоприятного воздействия теплового излучения и распространения легковоспламеняющихся паров газа в случае выброса СПГ4. Они также указали математические модели, которые необходимо было использовать при расчете размеров этих запретных зон. 5 В случае рассеивания паров газа наши правила 1980 года включали модель линейного источника Гаусса (GLS), описанную в приложении B к техническому отчету 1974 года «Оценка методов контроля паров СПГ» 6, и предписывали условия, которые должны были при выполнении этой модели. Одним из таких условий был метод определения расчетной скорости испарения, или источника, для ввода в модель GLS 1974 года7.

В феврале 1997 года преемник МТБ и наш предшественник, Управление исследований и специальных программ (RSPA), заменили модель GLS 1974 года нынешней моделью дисперсии паров газа, DEGADIS Dense Gas Dispersion Model (DEGADIS) 8, и изменили наши правила на позволяют операторам удовлетворить наши требования к расчетной скорости испарения с помощью «эквивалентной программы для персонального компьютера» 9, которая привела к широкому использованию ИСТОЧНИКОВ в США.S. Промышленность СПГ. 10 В марте 2000 года RSPA также отменило наши требования к расчетной скорости испарения, «чтобы позволить операторам больше гибкости в вычислении» образования источника, то есть физических явлений, которые происходят сразу после выброса СПГ, но до атмосферного рассеивания. II

За последние пять лет было проведено несколько значительных технических исследований по моделированию источников излучения и парогазовой дисперсии. В частности, по запросу Фонда исследований противопожарной защиты (FPRF) Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), Лаборатория здравоохранения и безопасности Соединенного Королевства подготовила пару отчетов по этим объектам.Авторы этих отчетов, группа, специализирующаяся на оценке моделирования последствий, пришли к выводу, что ИСТОЧНИКИ страдают двумя недостатками, т. Е. Они не точно представляют вероятные последствия (1) распространения лужи и возникающего в результате вспышки горючего пара или скопление в водохранилищах. 12 Согласно отчету FPRF, эти недостатки могут привести к недооценке расстояния до зоны исключения паров газа для завода СПГ.

Обращаясь к вашему вопросу, наши требования к размещению больше не определяют расчетные скорости испарения, которые должны использоваться в качестве входных данных для DEGADIS. Мы отменили это регулирование десять лет назад, «чтобы позволить операторам больше гибкости в вычислении» формирования исходного члена, с учетом нашего постоянного обязательства оценивать пригодность этих моделей на основе наилучших имеющихся научных и технических данных.

В этом отношении наши правила гласят, что «[f] расстояния рассеивания легковоспламеняющихся паров и газов должны определяться в соответствии с моделью, описанной в отчете Института газовых исследований GRI- 89/0242 … ‘Прогнозирование дисперсии паров СПГ с помощью DEGADIS Модель плотной газовой дисперсии.”J3 GRI-89/042 далее заявляет, что DEGADIS подчиняется определенным” ограничениям “, включая то, что он” моделирует только рассеивание пара “и, по необходимости,” требует от пользователя указания скорости испарения для разливов жидкости “4.

Чтобы соответствовать нашим требованиям к зоне исключения паров газа, скорости испарения, указанные в качестве входных данных для DEGADIS, должны иметь надежную научную основу. 15 В противном случае пользователь может выбрать любой исходный термин, который может привести к наиболее благоприятному результату, например, наименьшую или наибольшую возможную зону исключения, или даже случайным образом.Это не соответствовало бы ограничениям, описанным в GRI-89/042, включенным в наши требования к размещению посредством ссылки, или нашим законодательным обязательствам по защите населения от опасностей, связанных с эксплуатацией завода по производству СПГ. 16

Авторы отчетов FPRF обнаружили, что использование ИСТОЧНИКОВ в качестве входных данных для DEGADIS может привести к неконсервативным прогнозам опасности. Этому выводу, сделанному группой экспертов при оценке моделирования последствий, следует уделить самое пристальное внимание, и мы должны отреагировать, сделав все необходимое для обеспечения общественной безопасности.Соответственно, мы делаем вывод, что SOURCE5 больше не может использоваться для определения зоны исключения парогазового газа для завода СПГ без принятия соответствующих мер для устранения недостатков, выявленных в отчетах FRPF. 17

Мы не можем сказать, как этот вывод может повлиять на какой-либо конкретный процесс, 18 но отметим, что объекты СПГ должны быть «спроектированы» и «построены» в соответствии с нашими требованиями к размещению, и что наша интерпретация того, что необходимо для удовлетворения этих требований, применимо к любому Завод СПГ, который еще не существует или строится.19

Вопрос 2

Затем вы спрашиваете, использовала ли Уиверс Коув правильное значение потока теплового излучения для расчета размеров зоны исключения теплового излучения для береговой части завода СПГ в Фолл-Ривер. NFPA 59A 2001 года включен в наши требования к размещению посредством ссылки, с учетом упреждения регулирующих органов в случае конфликта.2o В первом стандарте перечислен ряд значений потока теплового излучения для использования при расчете размеров зоны исключения теплового излучения завода по производству СПГ. 21, и в наших правилах нет аналогичного положения.2 Соответственно, использование Компанией значений потока теплового излучения из NFPA 59A 2001 г. соответствует требованиям 49 C.F.R. § 193.2057.

Вопрос 3

Ваш последний вопрос: нарушил ли Weaver’s Cove 49 C.F.R. Часть 193, не представив ERP для завода СПГ в Фолл-Ривер. Наши правила не устанавливают конкретный срок для подачи ERP 23, и в NFPA 59A от 2001 г. такого требования нет. Следовательно, Weaver’s Cove еще не обязана подавать ERP.

Выводы

В заключение, ИСТОЧНИКИ больше не могут использоваться для соответствия нашим требованиям к зоне исключения дисперсии паров газа, Компания использовала соответствующее значение потока теплового излучения для определения зоны исключения теплового излучения для береговой части завода СПГ в Фолл-Ривер, и это еще не требуется отправлять ERP.

С уважением,

Джеффри Д. Визе
Заместитель администратора
по безопасности трубопроводов

Эффективная динамическая модель реактивных приводов с окантовкой потока и магнитным гистерезисом

Эдуардо Мойя-Лашерас получил степень бакалавра наук. степень в области инженерии промышленных технологий в 2014 году и M.Sc. степень в области промышленной инженерии (упоминание в области промышленной автоматизации и робототехники) в 2016 году в Университете Сарагосы, Сарагоса, Испания, где он в настоящее время работает над докторской степенью.Докторская степень в области системной инженерии и информатики.

С 2015 года он работал в Департаменте информатики и инженерии систем (DIIS) и в Институте исследований в области инженерии Арагона (I3A) Университета Сарагосы. Его текущие исследовательские интересы включают моделирование, оценку, оптимизацию и управление электромеханическими устройствами.

Карлос Сигес получил степень магистра наук. степень в области компьютерных наук и системной инженерии и докторская степень. степень в области промышленного инжиниринга Университета Сарагосы, Испания, в 1989 и 1992 годах, соответственно.

В 1994 году он поступил в качестве доцента в Департамент информатики и инженерии систем Университета Сарагосы, где в 2009 году стал профессором, а также был старшим преподавателем. Он занимался исследованиями силовых и инфракрасных датчиков для роботов. Его текущие исследовательские интересы включают системы управления и отраслевые приложения, компьютерное зрение, визуальный контроль и совместное управление несколькими транспортными средствами.

https://webdiis.unizar.es/ csague /.

Серджио Льоренте получил M.Sc. и к.т.н. степени в области электроники Университета Сарагосы, Сарагоса, Испания, в 2001 и 2016 годах соответственно.

В 2001 году он присоединился к группе BSH Home Appliances Group, Сарагоса, где занимал различные должности в отделе исследований и разработок индукционных варочных панелей. Он был доцентом Университета Сарагосы с 2004 года. В настоящее время он отвечает за несколько направлений исследований. Он является автором более 150 патентов. Его текущие исследовательские интересы включают силовую электронику, моделирование и алгоритмы управления силовой электроникой, а также контроль температуры.

© 2021 Elsevier Ltd. Все права защищены.

(PDF) Влияние порядка функции потока и рабочей точности в методах спектральных элементов

Элементный анализ с помощью ANSYS, 1-е издание, DEStech Publications, Ланкастер, Пенсильвания, 2014 г., гл. 3. С. 59–60.

3

Г. Э. Карниадакис, С. Дж. Шервин, Методы Spectral / HP Element для вычислительной гидродинамики, 1-е издание, Oxford

University Press, Oxford, 2013.

4

F. D. Witherden, A.М. Фаррингтон, П. Э. Винсент, PyFR: платформа с открытым исходным кодом для решения проблем адвекционно-диффузионного типа

в потоковых архитектурах с использованием подхода реконструкции потока, Computer Physics Communications 185 (11) (2014)

3028–3040. arXiv: 1312.1638, DOI: 10.1016 / j.cpc.2014.07.011.

URL http://dx.doi.org/10.1016/j.cpc.2014.07.011

5R. С. Кант, Руководство пользователя SENGA2, Tech. Представитель CUED / ATHERMO / TR67, Кембриджский университет (2012).

6

р. Д. Мозер, П. Мойн, А. Леонард, Спектральный численный метод для уравнений Навье – Стокса с приложениями к потоку Тейлора – Куэтта

, Журнал вычислительной физики 52 (3) (1983) 524–544.

7

Г. А. Блейсделл, Э. Т. Спиропулос, Дж. Х. Цинь, Влияние формулировки нелинейных членов на ошибки совмещения в спектральных методах

, Прикладная вычислительная математика 21 (1996) 207–219.

8

А. Г. Кравченко, П. Мойн, О влиянии численных ошибок при моделировании больших вихрей турбулентных потоков, журнал

Computational Physics 131 (2) (1997) 310–322.DOI: 10.1006 / jcph.1996.5597.

URL http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0021999196955977

9

AR Winters, RC Moura, G. Mengaldo, GJ Gassner, S. Walch, J. Peiro, SJ Sherwin, A Comparative Study on Polynomial

Dealiasing and Split Form Discontinuous Schemes Galerkin для недостаточно разрешенных вычислений турбулентности, Journal of Computational

Physics 372 (2018) 1-21. arXiv: 1711.10180, DOI: 10.1016 / j.jcp.2018.06.016.

URL https: // doi.org / 10.1016 / j.jcp.2018.06.016

10

Х. Хоманн, Дж. Дреер, Р. Грауэр, Влияние схемы точности и интерполяции с плавающей запятой на результаты DNS

турбулентности псевдо- Спектральные коды, Связь по компьютерной физике 177 (2007) 560–565. DOI: 10.1016 / j.cpc.2007.05.019.

11

Д. Х. Бейли, Высокоточная арифметика с плавающей запятой в научных вычислениях, вычисления в науке и технике 7 (3)

(2005) 54–61.

12

H.T. Huynh, Подход реконструкции потока к схемам высокого порядка, включая разрывные методы Галеркина, в: 18-я

Конференция по вычислительной гидродинамике AIAA, Vol. 2007-4079, 2007, стр. 1–42. DOI: 10.2514 / 6.2007-4079.

URL http://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2007-4079

13

PE Vincent, P. Castonguay, A. Jameson, Новый класс схем реконструкции энергетически стабильного потока высокого порядка , Журнал

научных вычислений 47 (1) (2010) 50–72. DOI: 10.1007 / s10915-010-9420-z.

URL http://link.springer.com/10.1007/s10915-010-9420-z

14

JS Hesthaven, T. Warburton, Узловые прерывистые методы Галеркина: алгоритмы, анализ и приложения, 1-е издание,

Т. 54 текстов по прикладной математике, Springer New York, New York, NY, 2008. DOI: 10.1007 / 978-0-387-72067-8.

URL http://link.springer.com/10.1007/978-0-387-72067-8

15

EF Toro, Решатели Римана и численные методы для гидродинамики – Практическое введение, 3-е издание, Springer- Verlag

Берлин Гейдельберг, Дордрехт Берлин Гейдельберг Лондон Нью-Йорк, 2009.

URL

http://scholar.google.com/scholar?hl=ru{&}btnG=Search{&}q=intitle:Riemann+Solvers+and+Numerical+Methods+for+

Fluid + Dynamics { #} 1 {%} 5Cnhttp: //scholar.google.com/scholar? Hl = en {&} btnG = Search {&} q = intitle: Riemann + solvers + и +

числовых + методов + для + гидродинамики . + 1999 {%} 230

16

PE Винсент, П. Кастонгуай, А. Джеймсон, Insights from von Neumann Analysis of von Neumann Analysis of High Order Reconstruction Schemes,

Journal of Computational Physics 230 (22) (2011) 8134 –8154.DOI: 10.1016 / j.jcp.2011.07.013.

URL http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2011.07.013

17W. Трояк, Обобщенная реконструкция стабильного потока по Соболеву, Arxiv 1804 (04714) (2018) 1–19. arXiv: 1804.04714.

URL http://arxiv.org/abs/1804.04714

18W. Трояк, Обобщенная реконструкция стабильного потока по Лебегу, Arxiv 1805 (12481v2) (2018) 1–15. arXiv: 1805.12481.

URL http://arxiv.org/abs/1805.12481

19

W. Trojak, F. D. Witherden, Новое семейство схем реконструкции взвешенного однопараметрического потока (2018) 1–

37arXiv: arXiv: 1809.07846v1.

20

Р. Кресс, Численный анализ, 1-е издание, т. 181 выпускных текстов по математике, Springer New York, New York, NY,

1998. DOI: 10.1007 / 978-1-4612-0599-9.

URL http://link. springer.com/10.1007/978-1-4612-0599-9

21

П. Кастонгуэй, П. Е. Винсент, А. Джеймсон, Применение схем реконструкции энергетически стабильного потока высокого порядка к Euler

Equations, 49-й встрече AIAA по аэрокосмическим наукам, включая форум New Horizons и аэрокосмическую выставку 686 (январь).

DOI: 10.1007 / s10915-011-9505-3.

22

П. Л. Роу, Действительно ли прерывная реконструкция – хорошая идея?, Journal of Scientific Computing 73 (2-3) (2017) 1094–1114.

DOI: 10.1007 / s10915-017-0555-z.

23р. А. Лесли, Как не дифференцировать много раз взаимное, The American Mathematical Monthly 98 (8) (1991) 732–735.

24

К. В. Шу, По существу не колеблющиеся и взвешенные по существу не колебательные схемы для гиперболических законов сохранения

Чи-Ван, in: A.Quarteroni, A. Dold, F. Takens, B. Teisser (Eds.), Расширенная численная аппроксимация нелинейных гиперболических уравнений

, 1-е издание, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1997, гл. 4. С. 327–432. DOI: 10.1007 / BFb0096351.

25

С. К. Шпигель, Х. Т. Хьюн, Дж. Р. ДеБонис, Обзор проблемы изэнтропического вихря Эйлера с использованием методов высокого порядка, в:

22-я Конференция по вычислительной гидродинамике AIAA, No. Июнь 2015 г., стр. 1–21. DOI: 10.2514 / 6.2015-2444.

URL http: // arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2015-2444

26

Г. И. Тейлор, А. Э. Грин, Механизм образования малых вихрей из крупных, Труды Королевского общества A:

Математические, физические и инженерные науки 158 ( 895) (1937) 499–521.

arXiv: arXiv: 1205.0516v2

,

doi: 10.1098 / rspa.1937.0036

.

URL http://rspa.royalsocietypublishing.org/cgi/doi/10.1098/rspa.1937.0036

27

M. E.Браше, Д. Л. Мерион, С. А. Орзаг, Б. Г. Никель, Р. Х. Морф, У. Фриш, Мелкомасштабная структура вихря Тейлора-Грина

, Журнал гидромеханики 130 (1983) 411–452.

18 из 21

Американский институт аэронавтики и астронавтики

Сравнительный транскриптомный, флюксомный и метаболомный анализ реакции Saccharomyces cerevisiae на увеличение окисления НАДФН | BMC Genomics

Транскриптомный ответ на изменения в НАДФН и потребности НАДН

Мы исследовали вклад генетического контроля в ответ на увеличение окисления НАДФН, выполнив микроматричный анализ клеток НАДФН-Bdh с различными уровнями потребности в НАДФН. достигается добавлением 100, 200 или 300 мМ ацетоина в питательную среду.Эти условия увеличивают потребность в НАДФН в 8, 13 и 22 раза соответственно по сравнению с анаболической потребностью [5]. Мы культивировали штамм NADH-Bdh в присутствии 200 мМ ацетоина как в качестве контроля, так и для оценки специфичности воздействия на потребность в NADPH. Транскриптомный анализ проводился с образцами РНК, экстрагированными из клеток, собранных в середине экспоненциальной фазы роста, когда количество кумулятивного высвобождения CO ₂ составляло 6 г / л (Рисунок 2A). Все штаммы росли с одинаковой скоростью, за исключением NADPH-Bdh в присутствии 300 мМ ацетоина, скорость роста которого снизилась на 60% (Рисунок 2A).В этот момент времени штаммы, подвергшиеся разной степени изменения потребности в НАДФН, различались по продукции ацетата (маркер метаболизма НАДФН) (рис. 2В) [5].

Профили роста (A), продукции ацетата (B) и потребления глюкозы (C) во время периодической ферментации (2x SD, 10% глюкозы). Штаммы выращивали в присутствии 100 (квадрат), 200 (треугольник) и 300 (ромб) мМ ацетоина (NADPH-Bdhp), 200 мМ ацетоина (NADH-Bdhp, открытый треугольник) и без ацетоина (59A, кружок). .Рост выражается как функция количества высвобожденного CO ₂ , определенного, как описано в материалах и методах. Для анализа транскриптома и метаболома клетки отбирали, когда CO2 достигал 6 г / л (обозначено пунктирной линией). Полное истощение сахара было достигнуто через 36 часов для 59A, через 36, 46 и 54 часа для NADH-Bdhp в присутствии 100, 200 и 300 мМ ацетоина и через 50 часов для NADH-Bdhp в присутствии 200 мМ ацетоина.

Мы провели мультитест с модифицированным тестом t , используя коэффициент ложного обнаружения 5 x 10 ^-2 и порог 1.Пятикратное изменение для идентификации генов, демонстрирующих значительные различия в уровнях мРНК между условиями, в которых была изменена потребность в НАДФН, и контрольными (штамм 59A без ацетоина) условиями (дополнительный файл 1). Количество генов, демонстрирующих дифференциальную экспрессию, явно увеличивалось со степенью изменения потребности в НАДФН (Рисунок 3). В присутствии 100 мМ ацетоина только восемь генов демонстрировали изменение уровня экспрессии, тогда как 71 ген был активирован, а 37 гены подавлялись в присутствии 200 мМ ацетоина, 61 ген был активирован, а 48 гены подавлялись в присутствии 300 мМ ацетоина. .Изменения потребности в НАДН в целом мало влияли на экспрессию генов, поскольку только 23 гена регулировались по-разному. Это говорит о том, что ответ на увеличение потребности в НАДН в четыре раза (при 200 мМ ацетоина) или в НАДФН в восемь раз (при 100 мМ ацетоина) от количества, необходимого для анаболизма [5], в основном связан с метаболическим контролем.

Диаграммы Венна. Повышенная ( A ) и подавленная ( B ) гены в трех условиях потребности в НАДФН и после увеличения окисления НАДН.

Мы начали наше исследование транскрипционного ответа на измененную потребность в НАДФН, выполнив поиск в генной онтологии биологического процесса, чтобы охарактеризовать ответ НАДФН и идентифицировать процессы, задействованные на различных уровнях потребности в НАДФН. Сравнение профилей транскриптов генов клеток, подвергшихся модификации потребности в НАДФН (таблица 1), показало, что многие из активированных генов участвуют в путях биосинтеза аминокислот и ассимиляции сульфатов. В частности, гены, участвующие в синтезе метионина, цистеина, серина и лизина, были сверхэкспрессированы, тогда как экспрессия только двух из этих генов ( MET10 MET17 ) была модифицирована окислением NADH.Активизированные гены были значительно обогащены стресс-чувствительными генами из семейства серипауперинов и генами, кодирующими рибосомные белки. По крайней мере, для генов рибосомных белков это может быть связано с различиями в фазах синтеза белка и использования азота, поскольку анализ транскриптома проводился при аналогичных уровнях продукции CO ₂ , но не обязательно на одной и той же физиологической стадии. Снижение скорости роста штамма NADPH-Bdh в условиях 300 мМ ацетоина не влияло на транскриптом, поскольку гены, обычно отвечающие на различия в скорости роста [12], не были обнаружены по-разному экспрессируемыми. В условиях, когда потребность в НАДФН была сильно изменена, несколько НАД (Ф) Н-зависимых оксидоредуктаз были активированы (см. Ниже).

Репрессированные гены включали ADh5, , который кодирует НАДН-зависимую алкогольдегидрогеназу. Этот ген показал наивысший уровень репрессии: в 5 раз при концентрации ацетоина 200 мМ и в 10 раз при концентрации ацетоина 300 мМ. ADh5 также подавлялся (в 3,7 раза) в ответ на модуляцию уровней НАДН. Эти результаты предполагают, что продукт гена ADh5 участвует в окислительно-восстановительном гомеостазе. Обычно считается, что Adh5p использует NAD ⁺ , но роль, распределение внутри клетки и кофакторная специфичность этого фермента остаются неясными [13].

При концентрации ацетоина 300 мМ репрессируются несколько генов, участвующих в углеводном обмене и алкогольном брожении, например, PGM2 EMI2 GPh2 HXK1 PDC1 и PDC5, . PGM2 участвует в производстве UDP-глюкозы, предшественника трегалозы и трегалозо-6-фосфата (T6P) [14], тогда как GPh2 и, вероятно, EMI2 участвуют в катаболизме гликогена. Напротив, PDC5 был активирован в условиях, в которых уровни НАДН были изменены.

Пути, участвующие в синтезе НАДФН

В нашем предыдущем анализе согласования данных на основе модели ответа на модуляцию потребности в НАДФН мы показали, что дрожжевые клетки реагировали на увеличение потребности в НАДФН увеличением потока через пути PP и ацетата, которые охватили 80 % и 20% потребности в НАДФН соответственно [5].Не наблюдалось никакого влияния на экспрессию генов, участвующих в продукции ацетата ( гены ALD ) или обход PDH, кроме репрессии генов PDC . Напротив, несколько генов пути PP были активированы в ответ на увеличение потребности в НАДФН (Рисунок 4). GND1 и SOL3 были индуцированы при умеренном повышении потребности в НАДФН (200 и 300 мМ ацетоина). В условиях, в которых потребность в НАДФН была максимальной (300 мМ ацетоина), активировались также два гена неокислительной части пути РР, TKL1 и TAL1, .Напротив, на экспрессию SHB17 , кодирующего фермент седогептулозо-1,7-бифосфатазу, недавно обнаруженный участвующий в рибонеогенезе, пути, который превращает промежуточные продукты гликолита в рибозо-5-фосфат без продукции NADPH [15], не влияет окислительно-восстановительные возмущения.

Транскриптомный ответ генов пути PP на увеличение потребности в NADPH. Уровни индукции (кратные изменения) указаны в прямоугольниках для 100 (слева), 200 (в центре) и 300 (справа) мМ ацетоина.Активированные гены показаны красным.

Пути, потребляющие НАДФ (H)

Одним из основных ответов на растущий спрос на НАДФН была активация многих генов пути ассимиляции сульфата, который опосредует превращение SO ₄ ^2- в метионин, S -аденозилметионин (SAM) и цистеин (Рисунок 5). Этот ответ был прогрессивным, при этом количество генов, показывающих изменения в экспрессии, и интенсивность индукции возрастали с увеличением потребности в НАДФН.Весь путь ассимиляции сульфата сверхэкспрессируется в присутствии 300 мМ ацетоина. Кроме того, были активированы несколько генов пути синтеза лизина, LYS12 , LYS9 и LYS2 , а также два гена, кодирующие первый фермент пути синтеза серина, SER3 и SER33 (Таблица 1 , Дополнительный файл 1).

Транскриптомный ответ генов пути ассимиляции серы в различных условиях потребности в НАДФН. Уровни индукции (кратные изменения) указаны в прямоугольниках для 100 (слева), 200 (в центре) и 300 (справа) мМ ацетоина. Активированные гены показаны красным.

Некоторые из подавленных генов связаны с путем ассимиляции сульфата: SAM3, , который кодирует пермеазу, необходимую для использования SAM, и TPO1 , который кодирует транспортер H ⁺ , участвующий в экспорте спермидина, продуцируемого SAM. Другой ген, QDR2 , кодирует переносчик множества лекарственных средств, активируемый в ответ на ограничение синтеза аминокислот [16].

Гены, кодирующие несколько других оксидоредуктаз, таких как ADH7 ARI1, GND1, YDR541C (в присутствии 200 мМ ацетоина), MDh2, IDh3 и AAD15 (в присутствии 300 мМ ацетоина) также были активируется в ответ на изменения в спросе на НАДФН. ADH7 показал самый высокий уровень изменчивости этих генов. Он был сверхэкспрессирован в 8 раз в присутствии 200 мМ ацетоина и до 14 раз в присутствии 300 мМ ацетоина. ADH7 кодирует НАД (Ф) Н-зависимую алкогольдегидрогеназу со средней длиной цепи с широкой субстратной специфичностью, которая, как считается, участвует в накоплении сивушных спиртов, в деградации лигнина и в детоксикации фурфурола [17, 18]. ARI1 , кодирующая короткоцепочечную дегидрогеназу / редуктазу промежуточного подкласса, которая может использовать ароматические и алифатические альдегиды в качестве субстратов и которая способствует детоксикации фурфурола [19], также сильно индуцировалась (в четыре раза) в присутствии 200 и 300 мМ ацетоин.

Несмотря на зависимость соответствующих ферментов от НАДФН, ADH7 и ARI1 также индуцировались, когда уровни НАДН были изменены, хотя и в меньшей степени. Одна из возможных причин этого заключается в том, что изменения уровней НАДН также повлияли на баланс НАДФН / НАДФ ⁺ . Действительно, ранее мы предположили, что цикл обмена НАДФН на НАДН действует в штамме НАДН-Bdh и что активность этого цикла повышается за счет окисления НАДН с общим эффектом снижения доступности НАДФН [5].Это объясняет индукцию ADH7 и ARI1 за счет изменений уровней NADH.

Изменение маршрута метаболического потока в ответ на увеличение потребности в НАДФН

Флуксомика и метаболомика – мощные методы количественного анализа клеточного метаболизма. Мы использовали анализ потока ¹³ C для оценки распределения внутриклеточного потока углерода в штаммах 59A и NADPH-Bdh, культивируемых в тех же условиях, что и для транскриптомного анализа, но в меньших объемах (10 мл). Наиболее разительным изменением в распределении потока (дополнительный файл 2) было постепенное увеличение потока через путь PP с увеличением потребности в НАДФН в 1,6, 2,4 и 2,9 раза в присутствии 100, 200 и 300 мМ ацетоина соответственно по сравнению с контрольные условия (таблица 2). Это экспериментально подтверждает прогрессивное увеличение потока пути PP (2.2, 3.7 и 4), ранее предсказанное моделью на основе ограничений DynamoYeast в тех же условиях [5]. Мы также наблюдали уменьшение потоков к биомассе и потокам к анаболическим предшественникам, таким как цитозольный и митохондриальный пируват, ацетил-КоА, оксалоацетат и α-кетоглутарат, что согласуется с более низкими темпами роста в условиях высокой потребности в НАДФН (200 и 300 мМ ацетоин; Рисунок 2А).Следовательно, путь PP вносит больший вклад в образование фруктозо-6-фосфата (F6P) и глицеральдегид-3-фосфата (G3P) (Таблица 2).

Другие изменения распределения потока наблюдались в пируватных и ацетальдегидных узлах. В этих соединениях углерод перенаправлялся в сторону образования ацетальдегида и ацетата, тогда как поток через ацетил-КоА-синтазу уменьшался.Эти результаты предполагают увеличение вклада НАДФН-ацетальдегиддегидрогеназы (Ald6p) в обеспечение цитозольного НАДФН (Таблица 2) и согласуются с наблюдаемым увеличением продукции ацетата (Рисунок 2B).

Эффекты увеличения окисления НАДФН на внутриклеточные метаболиты

Мы получили дополнительное представление о регуляции метаболизма, установленной в ответ на изменения потребности в НАДФН, путем определения концентраций 36 внутриклеточных метаболитов центрального углеродного метаболизма методом IE-MS / MS в штамме NADPH-Bdh, культивированном в присутствии 100, 200 и 300 мМ ацетоина в тех же условиях, что и для транскриптомного анализа.Мы сосредоточились на количестве внутриклеточных промежуточных продуктов PP и гликолитических путей (рис. 6). Пулы метаболитов были явно схожего размера в присутствии 100 и 200 мМ ацетоина, но значительно различались по размеру в присутствии 300 мМ ацетоина, что соответствует значительному сдвигу в метаболизме, необходимому для работы в этих экстремальных условиях [5]. Внутриклеточные концентрации 6-фосфоглюконата и всех промежуточных продуктов неокислительной части пути PP были в два-три раза выше, чем при более низких концентрациях ацетоина, что согласуется с увеличением потока через путь PP.Напротив, концентрация фосфорибозилпирофосфата (PRPP) снизилась, что согласуется с предпочтительным изменением маршрута атомов углерода через неокислительную часть пути PP за счет путей синтеза пурина и пиримидина.

Внутриклеточные концентрации метаболитов для гликолиза, PP и углеводных путей после изменения потребности в НАДФН. Внутриклеточные концентрации метаболитов (мкмоль / гДВ) для НАДФН-Bdh в присутствии 100 (черный), 200 (зеленый) и 300 (красный) мМ ацетоина.Гены с повышенной и пониженной регуляцией в штамме NADPH-Bdh в присутствии 300 мМ ацетоина показаны красным и зеленым, соответственно.

Мы также определили концентрации нуклеотидов. Концентрации трифосфатов снизились в ответ на увеличение потребности в НАДФН в 1,6 раза для АТФ и в 1,8 раза для УТФ. Напротив, содержание монофосфатных форм увеличилось в 2 раза для АМФ и в 1,6 раза для УМФ. Гликолитические промежуточные продукты – глюкозо-6-фосфат (G6P) и F6P – накапливались, тогда как концентрации G3P, 1,6-фруктозобифосфата (FBP) и фруктозо-2,6-бисфосфата (2,6 FBP) были одинаковыми на всех уровнях НАДФН спрос.

UDP-глюкозопирофосфорилаза (Ugp1p) участвует в синтезе UDP-глюкозы, предшественника резервных углеводов, из глюкозо-1-фосфата (G1P). Накопление G1P, наблюдаемое в присутствии 300 мМ ацетоина, может отражать ограничение потока через Ugp1p из-за снижения доступности UTP.

Также наблюдалось накопление 2-фосфоглицерата и 3-фосфоглицерата (измеренного как единый пул, обозначенного 2,3 PG).

Влияние изменений в доступности NADPH и NADH на ароматические соединения

На образование летучих соединений во время ферментации сильно влияет окислительно-восстановительный статус и может дать общую картину окислительно-восстановительных модификаций в центральном углеродном метаболизме (CCM). Поэтому мы исследовали влияние изменений доступности NADPH и NADH на ключевые ароматические маркеры (ацетальдегид, высшие спирты, ацетатные и этиловые эфиры). Ацетальдегид накапливался в больших количествах, но только в ответ на изменения уровней НАДН (Таблица 3), тогда как ацетат накапливался в ответ на изменения в доступности НАДН или НАДФН (Рисунок 2B). Следовательно, увеличение высвобождения ацетальдегида, вероятно, отражает ограничение реакции алкогольдегидрогеназы при низкой доступности НАДН.Напротив, увеличение спроса на НАДФН привело к перенаправлению углеводородов в сторону ацетата, чтобы удовлетворить этот спрос (Таблица 2).

Увеличение окисления NADH или NADPH (таблица 3) снижает общее производство этиловых эфиров, которые образуются при конденсации этанола и производного жирной кислоты. Однако производство этилацетата действительно увеличилось (таблица 3), что согласуется с наблюдаемым увеличением концентрации ацетата (таблица 2, рисунок 2B). Напротив, сложные эфиры ацетата, которые образуются путем конденсации высшего спирта и ацетил-КоА, не претерпели значительных изменений в количестве, за исключением изоамилацетата в ответ на самый высокий уровень потребности в НАДФН. Производство сивушных спиртов было увеличено в ответ на изменение спроса на NADH, но не было затронуто изменением спроса на NADPH.Уровень продукции изобутанола был в 2,4 раза выше в клетках, в которых уровень НАДН был изменен, чем в контрольных клетках. В соответствии с этим наиболее значительным эффектом окисления НАДН было значительное увеличение продукции изобутилацетата. Точно так же синтез пропанола удваивается в ответ на окисление НАДН, но не зависит от увеличения окисления НАДФН (Таблица 3). Наконец, окисление НАДФН утроило производство фенилэтанола. Предшественником этого высшего спирта является эритрозо-4-фосфат, промежуточный продукт пути PP. Таким образом, этот результат согласуется с увеличением потока через путь PP (Таблица 2).

Удары, возникающие в замкнутом газе из-за быстрого тепловыделения на границе. I. Слабые ударные волны на JSTOR

Инертный сжимаемый газ, заключенный между бесконечными параллельными плоскими стенками, изначально находится в состоянии равновесия. Впоследствии энергия добавляется на границе в течение периода, который является коротким по сравнению с акустическим временем прорези t’a (расстояние между стенками, деленное на равновесную скорость звука), но больше, чем среднее время между столкновениями молекул.Кондуктивный нагрев тонкого слоя газа, прилегающего к стенке, вызывает движение газа, возникающее в результате теплового расширения. Небольшое локальное число Маха на краю слоя действует как поршень на газ за его пределами. Затем в более толстом слое, прилегающем к стенам, создается поле линейной акустической волны. В конце концов, эффекты нелинейного накопления возникают во временном масштабе, который больше, чем начальное время нагрева, но меньше по сравнению с t’a. Затем на некотором четко определенном расстоянии от границы появляется слабый скачок уплотнения.Если скорость нагрева стенки сохраняется в течение более длительного периода времени, то образуется высокотемпературная зона расширяющегося газа, нагретого за счет кондуктивного нагрева. Низкое число Маха краевой скорости этого слоя действует как контактная поверхность в ударной трубе и поддерживает развитие слабого скачка уплотнения, распространяющегося дальше от границы. Одномерные нестационарные решения полных уравнений Навье-Стокса для инертного газа получены с помощью методов возмущений, основанных на асимптотическом пределе t’a / t’c → 0, где t’c, время проводимости области, – отношение квадрата расстояния между стенками к коэффициенту температуропроводности в исходном состоянии.Показано, что ударная вязкость напрямую связана с продолжительностью начального граничного нагрева.

Королевское общество – это самоуправляемое объединение многих самых выдающихся ученых мира, представляющих все области науки, техники и медицины, и старейшая научная академия, которая постоянно существует. Основная цель Общества, отраженная в его учредительных документах 1660-х годов, заключается в признании, продвижении и поддержке передового опыта в науке, а также в поощрении развития и использования науки на благо человечества.Общество сыграло роль в некоторых из самых фундаментальных, значительных и изменяющих жизнь открытий в истории науки, и ученые Королевского общества продолжают вносить выдающийся вклад в науку во многих областях исследований.

Нестатистическая фрагментация олигопептидов инфракрасными фотонами с λ = 16–18 мкм

В данной статье мы анализируем колебательное возбуждение и последующую диссоциацию протонированных молекул олигопептидов, индуцированную ИК-фотонами с λ = 16–18 мкм.Анализ основан на наших предыдущих работах, в которых мы рассмотрели специфический нестатистический процесс диссоциации в органических молекулах, содержащих субструктуры, состоящие из связанных одинаковых двухатомных диполей, таких как (CH ₂ ) _n . Такие дипольные цепочки могут служить ИК-антеннами для внешнего излучения в ИК-диапазоне частот. Приобретенная энергия колебаний, накопленная в инфракрасных антеннах, может быть достаточно большой для диссоциации молекул в пределах фемтосекундного временного интервала нестатистическим процессом, который управляется безызлучательным механизмом низкоэнергетического переноса внутри молекул пептида.В этой статье мы отмечаем, что предложенный механизм диссоциации, индуцированной IR, может быть применен для получения информации о последовательности протонированных олигопептидов.

1 Введение

Общий интерес к пептидным структурам стимулировал исследования процессов диссоциации и анализ спектров фрагментных ионов. Существует множество публикаций, посвященных исследованию диссоциации протонированных пептидов, индуцированной бомбардировкой быстрыми атомами [1–3], ионизацией электронным распылением [4] и столкновениями атомов [5, 6].В результате этих работ было установлено, что в низкоэнергетических процессах основной механизм возбуждения протонированных пептидов и их последующей диссоциации является статистическим [7]. Кроме того, спектры ионных фрагментов, полученные в этих работах, показывают, что сайты диссоциации расположены в разных местах в основных цепях и боковых цепях аминокислот в рассматриваемых протонированных пептидах. Все эти процессы диссоциации используются для разработки методов определения или подтверждения аминокислотных последовательностей, исследования механизмов диссоциации и анализа пептидных смесей [7, 8].Некоторые из этих методов сочетают матричную лазерную десорбцию / ионизацию с времяпролетной масс-спектрометрией (MALDI-TOF MS). В высокоэнергетических процессах с УФ-фотонами [9, 10] возможна как статистическая, так и нестатистическая диссоциация пептидов. Эти процессы здесь не обсуждаются, поскольку мы рассматриваем только диссоциацию пептидов, вызванную исключительно инфракрасными фотонами очень низкой энергии.

Мы предлагаем другой метод диссоциации протонированных пептидов, основанный на облучении пептидов инфракрасными фотонами с длиной волны 16–18 мкм.В этом случае диссоциация может протекать как вторичный процесс. Мы показываем, что рассматриваемый механизм диссоциации протекает в фемтосекундном масштабе времени и что это нестатистический процесс, обусловленный безызлучательным переносом малой энергии внутри молекул пептида. Отметим, что предложенный метод диссоциации протонированного пептида под действием ИК-фотонов может быть использован для получения информации о пептидной последовательности. Однако для неизвестных пептидов эта информация может быть неоднозначной.

2 Теория

В данной статье мы анализируем колебательное возбуждение и последующую диссоциацию протонированных молекул олигопептидов, индуцированную ИК-фотонами с λ = 16–18 мкм.Эта трактовка основана на наших предыдущих работах [11–18], в которых мы рассматривали специфический нестатистический процесс диссоциации в органических молекулах, содержащих цепочечные субструктуры периодически расположенных двухатомных идентичных диполей (CH ₂ ) _n , которые могут служить антеннами для внешнего ИК-излучения соответствующей частоты.

Как известно, протонированные олигопептиды представляют собой органические молекулярные ионы типа

(1) [ NH 2 – CHR 1 – CO – NH – CHR 2 – CO … … NH – CHR м – 1 – CO – NH – CHR м – COOH ] ⋅ ЧАС + (1)

, где R _i (i = 1… m) – боковые цепи аминокислот, а i – количество аминокислот в последовательности из m аминокислот в пептиде. Углеводородные молекулярные субструктуры (CH ₂ ) _n боковых цепей аминокислот рассматриваются как антенны для инфракрасного излучения. В этих молекулярных антеннах коллективные колебательные возбуждения (эксимолы) резонансно и когерентно создаются и накапливаются, когда ИК-излучение имеет частоту, соответствующую частоте эксимолов.

Как показано в [11], двухатомные CH-диполи в антенне (CH ₂ ) _n можно рассматривать как цепочку связанных квантовых осцилляторов с определенной полосой колебательных состояний, которые образуются вместо первых колебательное состояние изолированных диполей.Эта полоса является следствием диполь-дипольного взаимодействия между двухатомными диполями в антенне. Наинизшее колебательное состояние в полосе называется эксимольным, которое имеет энергию E _ex = 0,074 эВ, время жизни τ _ex = 10 ^–11 с и может быть возбуждено в каждом диполе антенны излучением с частота ω _ex = 1,2 · 10 ¹⁴ с ^-1 [12]. Ряд эксимолов K _i в антенне (CH ₂ ) _n каждой боковой цепи аминокислоты пептида R _i могут возбуждаться независимо, но они не накапливаются в одном диполе антенны из-за его негармоничность.За время излучения τ _R <τ _ex каждый диполь в антенне может быть возбужден N = τ _R / τ _tr раз, где τ _tr = h / E _tr . Здесь τ _tr и E _tr – время и энергия перехода возбуждения колебаний от одного диполя к другому [13]. Количество эксимолов K _i , накопленных в антенне R _i , может быть определено из (8) в [14] соотношением

(2) K я знак равно M я N п 01 , (2)

, где P ₀₁ = P _ex τ _R , и P _ex – вероятность возбуждения одного эксимола в антенне в единицу времени. Кроме того, M _i – это действительное количество диполей CH в антенне R _i . Функция P _ex может быть вычислена в рамках теории возмущений, зависящих от времени, по уравнению

(3) п бывший знак равно ( 8 π 2 / 3 ℏ c ) ( е D 0 / р 0 ) 2 M 01 2 ( F / E бывший ) , (3)

, где 𝔐 ₀₁ – матричный элемент дипольного перехода для эксимольного возбуждения, eD ₀ – значение дипольного импульса антенного диполя, r ₀ – равновесная длина диполя CH, а F Плотность ИК-излучения. Во время облучения τ _R <τ _ex мультиэксимольное возбуждение в дипольной цепи каждого R _i происходит независимо. Следовательно, в каждой антенне R _i накопленная эксимольная энергия E ( K _i ) определяется соотношением

(4) E ( K я ) знак равно K я E бывший знак равно M я N п бывший E бывший τ р .(4)

Эксимольная энергия, накопленная в ИК-антенне R _и , может перескакивать от диполя СН-антенны к ближайшей валентной связи дипольного типа, которая служит ловушкой [16–18]. Безызлучательная передача энергии происходит независимо в каждой боковой цепи R _i во время τ _R из-за диполь-дипольных взаимодействий между диполями антенны и диполями связи ловушки. Переход накопленной энергии эксимола в конкретную связь-ловушку вызывает диссоциацию этой связи, если сумма энергий, переданных на связь-ловушку ( B ), равна или превышает ее энергию связи E ( K _i ).Аналитическое выражение для функции вероятности P _f диссоциации ловушечной связи было представлено формулой (16) в [14]. Функция P _f как функция накопленной энергии эксимола имеет максимум, когда энергия эксимола, переданная на связь-ловушку ( B ), имеет значение энергии диссоциации E _d ( B ) облигации ( B ):

(5) E ( K я ) знак равно E d ( B ) знак равно E ( B ) + ℏ ω B , (5)

, где ω _B – собственная частота диполя связи ловушки ( B ).Значение ℏ ω _B определяет полуширину этого максимума.

Из (3), (4) и (5) можно получить соотношение

(6) ( E d + ℏ ω B ) знак равно M я N τ р ( 8 π 2 е 2 / 3 ℏ c ) D 0 2 M 01 2 F , или же F знак равно M я – 1 ⋅ C ; C знак равно ( E d + ℏ ω B ) [ N τ р ( 8 π 2 е 2 / 3 ℏ c ) D 0 2 M 01 2 ] – 1 .(6)

Уравнение (6) связывает интенсивность потока F для фиксированных значений τ _R и ( E _d + ℏ ω _B ) с числом M _i антенных диполей в R _я .

Из-за нестатистического безызлучательного механизма переноса энергии колебаний в пептидах упомянутая функция вероятности P _f зависит от фактора L ^–6 , где L – расстояние между взаимодействующей антенной и диполи ловушек [16].Передача энергии возможна, если взаимодействующие диполи не перпендикулярны друг другу. Таким образом, передача энергии происходит от диполей антенны в каждом R _и к ближайшему диполю связи ловушки, если диполи антенны и диполь связи ловушки не перпендикулярны.

Как следует из свойств олигопептида, диполи связей N _j –C _{j + 1} и C _{j + 1} –C _{j + 2} в основной цепи почти перпендикулярны диполям антенны CH. в соответствующих R _i, , за исключением случая i = 1.Индекс j в N _j и C _j отсчитывается от N-конца обратной связи пептида [19]. Следовательно, вероятность передачи энергии от дипольной антенны в R _i к упомянутым ближайшим двухатомным диполям в основной цепи пренебрежимо мала для j 1. Исключение составляет только передача энергии от ИК-антенны в R ₁ к диполям C ₂ –C ₃ и N ₁ –C ₂ .

Исходя из упомянутых свойств олигопептида, энергия, накопленная в антенне одной боковой цепи, не передается к остову или к любой другой боковой цепи в пептиде.Более того, как показано во многих исследованиях [19–23], в невозбужденном N-концевом протонированном пептиде Н-связь образуется между азотом (N ₁ ) и кислородом в связи C ₃ –O. Таким образом, энергия диссоциации связи N ₁ –C ₂ в пептидах, протонированных на N-конце, ниже по сравнению с энергией диссоциации этой связи в соответствующих нейтральных пептидах. Однако N-концевое протонирование существенно не меняет энергию диссоциации связи C ₂ –C ₃ .Для нейтральных пептидов энергия диссоциации связи N ₁ –C ₂ в 1,5 раза ниже энергии диссоциации связи C ₂ –C ₃ , а N-концевое протонирование увеличивает это соотношение энергий диссоциации. . Эта разница энергий диссоциации связей N ₁ –C ₂ и C ₂ –C ₃ позволяет накапливать эксимольные энергии в R ₁ до энергии, необходимой для резонансной диссоциации C _{. 2} –C ₃ .

Тогда с максимальной вероятностью в рассматриваемом процессе образуется ион фрагмента иммония [NH ₂ –CHR ₁ ] ⁺ , где R ₁ – боковая цепь первой аминокислоты в олигопептидной последовательности. диссоциацией связей C ₂ –C ₃ в любом N-протонированном олигопептиде. Интенсивность потока фотонов должна соответствовать накопленной эксимольной энергии в антенне R ₁ , равной 3,35 эВ, что является энергией диссоциации рассматриваемой связи.Помимо ярко выраженного фрагментного иона [NH ₂ –CHR ₁ ] ⁺ в спектре также присутствуют фрагментные ионы R _i (i = 1… m).

Как следует из представленного анализа, нестатистический механизм передачи энергии возбуждения в сочетании со специальной структурой пептида определяет участки диссоциации в протонированных ионах олигопептидов и, таким образом, результирующие спектры ионов фрагментов, индуцированные ИК-фотонами. Эти специфические спектры ионов олигопептидов не содержат фрагментов, образующихся в результате диссоциации основной цепи, за исключением N-концевого иона иммониевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ ] ⁺ .Вероятность образования этого фрагмента максимальна при определенной интенсивности потока ИК-фотонов. Как следует из (6), этот поток зависит от количества CH-диполей в ИК-антенне R ₁ для фиксированного времени излучения, меньшего, чем время жизни эксимоля.

Олигопептиды состоят из до 20 различных аминокислот. В таблице 1 представлены 20 возможных значений m / z для ионов N-концевого фрагмента иммония [NH ₂ –CHR _1j ] ⁺ (j = 1… 20).В этой таблице мы также представляем число M _1j диполей CH в R _1j . Поскольку энергия диссоциации C ₂ –C ₃ известна, можно вычислить значение интенсивности F _j потока ИК-фотонов, для которого накопленная эксимольная энергия в ИК-антенне любого N -концевая аминокислота (j) равна энергии диссоциации E _d ( B ). Используя (6), мы рассчитали F _j vs.возможное количество диполей M _1j в ИК-антенне R _1j при фиксированном времени излучения τ _R = 10 ^–12 с и E _d = 3,35 эВ (рис. ). Поскольку значение F _j зависит от τ _R , можно получить значение F _j для любого τ _R <τ _ex , используя рисунок 1.

Расчетные скорости скольжения υ гр Максимум для максимального выхода катионов фрагментов ₁ из катионов олигопептидов, скользящих по углеводородной поверхности.

Рисунок 1:

Интенсивность излучения F _j (ω = ω _ex ) vs.возможное количество диполей M _1j в ИК-антенне R _1j для фиксированного времени излучения τ _R = 10 ¹² с и E _d = 3,35 эВ, рассчитанное по (6 ).

Экспериментально полученные ионные спектры олигопептидов содержали также возможные фрагментные ионы боковых цепей аминокислот. Поскольку вероятность диссоциации остова незначительна, за исключением участка C ₂ –C ₃ , максимальные значения m / z фрагментных ионов в этих спектрах не превышают m / z 159, что соответствует значению m / z для иммонийного иона триптофана.

3 Эксперимент

Для демонстрации предложенного механизма диссоциации протонированных олигопептидов при облучении ИК-фотонами была проведена серия экспериментов, в которых использовалось периодическое кулоновское поле с частотой экзимола ω _ex . Это периодическое кулоновское поле испытывают скользящие молекулы, которые скользят со скоростью υ _gr ниже скорости Бора вдоль набора из четырех или более экранированных зарядов поверхностных атомов на минимальном расстоянии около 2 Å в течение периода времени около 10 ^–12 с [12].

Наша модель периодического возбуждения кулоновского поля для диполей инфракрасной антенны внутри аминокислотных боковых цепей скользящих протонированных молекул олигопептидов основана, во-первых, на хорошо известной квантовой теории резонансного возбуждения зависимых от скорости диполей, проходящих через заряженные частицы [24] и, во-вторых, об аналитической оценке интенсивности гармоники кулоновского поля, соответствующей частоте ω _ex (см. приложение в [12]). Это позволяет анализировать спектры фрагментов диссоциации скользящих протонированных молекул олигопептидов в рамках представленной теории.

В нашем экспериментальном устройстве составляющая скорости скользящей молекулы по нормали к поверхности близка к нулю. В наших условиях существенно только кулоновское взаимодействие скользящих молекул с поверхностными атомами. Все остальные процессы, например молекулярное рассеяние и перенос заряда, резонансный перенос электронов и Оже незначительны [14].

Если накопленная энергия эксимола в ИК-антенне R ₁ скользящего протонированного олигопептида N становится равной энергии диссоциации связи C ₂ –C ₃ , то спектр фрагментов диссоциирующих пептидов содержит пик, соответствующий иону фрагмента иммония [NH ₂ –CHR ₁ ] ⁺ , который выражен с максимальной интенсивностью по сравнению с пиками, соответствующими сопутствующим фрагментам.Энергия диссоциации для этого процесса определяется уравнением

(7) ( E d + ℏ ω B ) знак равно E бывший ⋅ п 01 коул ( υ гр Максимум ) ⋅ M я N , (7)

где п 01 коул (υ _gr ) – вероятность одного эксимольного возбуждения в ИК-антенне во время скользящего движения.Аналитическое выражение для этой функции было получено ранее в нашей работе [14]. В этом выражении интенсивность потока фотонов с ω _ex рассматриваемого периодического кулоновского поля зависит от скорости скольжения. Значения функции п 01 коул (υ _gr ) от υ _gr рассчитываются с использованием уравнения

(8) п 01 коул знак равно ( 8 π 2 е 2 / 3 ℏ c E бывший ) ( D 0 / р 0 ) 2 M 2 F коул τ гр , (8)

, где F ^coul определяется как

F коул знак равно Z 2 е 2 c ω бывший ( 2 υ гр б 3 ) – 1 ⋅ exp { – 2 р z [ ( а эфф ) – 2 + ( ω бывший / υ гр ) – 2 ] 1 / 2 } .

Здесь a _eff – эффективный радиус зарядов экрана, Z поверхностных атомов, а b – расстояние между этими зарядами.

Одновременный анализ (7) и (8) при условии, что время скольжения равно 10 ^–12 с, позволяет получить для разных R _1j , (j = 1… 20) значения скорости скольжения υ гр Максимум , для которого накопленная энергия эксимола равна энергии диссоциации связи C ₂ –C ₃ в олигопептиде, протонированном по N-концевому участку.Расчетные значения υ гр Максимум представлены в последнем столбце таблицы 1.

4 Результаты экспериментов

Используя модифицированный масс-спектрометр, мы измерили спектры вызванной GME диссоциации олигопептидов YGGFL, YGGFLK и YGGFLR для скоростей скольжения υ _gr = 1,05 · 10 ⁴ , 0,98 · 10 ⁴ и 0,95 · 10 ⁴ м / с соответственно. Здесь мы использовали стандартные сокращения для аминокислот в олигопептидах.Целью этого анализа измерений было доказать, что образование ионов N-концевого фрагмента имеет максимальную вероятность для υ гр знак равно υ гр Максимум (см. Таблицу 1) и что R _i (i 1) после R ₁ не изменяют вероятность образования ионов N-концевого фрагмента.

Ионы образца олигопептида продуцируются импульсом азотного лазера, и все катионы ускоряются потенциалом U _acc = 8 кВ.Молекулярные ионы избирательно отклоняются парой импульсных отклоняющих пластин; таким образом, эти катионы достигают конвертера под углом α = 11,5 °. Преобразователь состоит из вытянутой алюминизированной фольги и заземленной сетки, установленных параллельно фольге на расстоянии 7 мм. Поверхность конвертера покрыта углеводородным слоем. Экранированные заряды атомов водорода углеводородного слоя являются источниками периодического кулоновского поля. При выборе положительного потенциала преобразователя желаемое состояние скольжения первичных катионов достигается для U _при = U _{согласно} cos ² α = 7.65 кэВ. Напряженность однородного электрического поля в пространстве между поверхностью преобразователя и сеткой составляет около 10 ^–4 эВ / Å при указанном значении U _согл и угле α. Из-за кулоновского отталкивания между атомными зарядами пептида и атомными зарядами молекул конвертера нормальная составляющая скорости снаряда стремится к нулю на минимальном расстоянии около 2 Å от поверхности конвертера. Теперь снаряды скользят по молекулам поверхности конвертера около 10 ^–12 с.В течение этого периода скольжения первичные катионы возбуждаются при возбуждении скользящих молекул (GME) и диссоциируют. Только положительно заряженные продукты диссоциации повторно ускоряются потенциалом преобразователя и, наконец, анализируются с использованием метода времени пролета. Подробнее см. Ссылки [25, 26].

Спектры ионов фрагментов представлены на рисунке 2. Источником образования фрагментов является энергия, накопленная в ИК-антеннах боковых цепей аминокислот. Для всех рассмотренных олигопептидов ион N-концевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ с m / z 136 проявляется с наибольшей интенсивностью для правильной скорости скольжения (см. Таблицу 1).Кроме того, во всех спектрах видны фрагменты иона CHR ₁ (Y) ⁺ с m / z 120 и R ₁ (Y) ⁺ с m / z 107. Также во всех спектрах присутствуют ионы фрагмента фенилаланина R (F) с m / z 91 и ион фрагмента его диссоциации с m / z 77, плюс ионы фрагмента лейцина R (L) ⁺ с m / z 57 и фрагментные ионы его диссоциации с m / z 43 и 30. В спектре олигопептида YGGFLK присутствуют пики, соответствующие иону лизиновой аминокислоты R (K) ⁺ с m / z 73 и фрагментным ионам его диссоциации с m / z 56 и 17.Олигопептид YGGFLR дает пики, соответствующие иону боковой цепи аргинина R (R) ⁺ с m / z 101 и ионам фрагмента его диссоциации с m / z 59 и 44. Его N-концевой ион фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ также появляется в спектре. Спектры на рисунке 2 показывают, что ион N-концевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ имеет максимальное содержание для значения υ гр Максимум , что теоретически получено в настоящей работе.Эти спектры также показывают, что изменение боковых цепей аминокислот в последовательности, следующей за R ₁ (Y), не влияет на содержание иона N-концевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ .

Рисунок 2:

Масс-спектры протонированных олигопептидов YGGFL (a), YGGFLK (b) и YGGFLR (c) после фрагментации, индуцированной GME. Пик с m / z 136 в каждом из спектров соответствует иону [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ , где R ₁ (Y) = CH ₂ –C ₆ H ₄ –OH представляет собой боковую цепь N-концевой аминокислоты тирозина.

Ион N-концевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ не выражается значимо, если значение скорости скольжения υ _gr не равно υ гр Максимум . Мы измерили спектр фрагментов диссоциации скользящего пептида YR для υ _gr = 1,54 · 10 ⁴ м / с, что не соответствует υ гр Максимум .Спектр показывает, что пик, соответствующий иону N-концевого фрагмента [NH ₂ –CHR ₁ (Y)] ⁺ , пренебрежимо мал.

5 Обсуждение и выводы

В данной статье исследована диссоциация протонированных олигопептидов под действием ИК-излучения с λ = 16–18 мкм. Этот процесс возможен, поскольку боковые цепи аминокислот в молекулах пептидов содержат углеводородные субструктуры, которые могут служить антеннами для ИК-фотонов с энергией 0.07 эВ, соответствующее коллективному колебательному состоянию (эксимольному) в упомянутой антенне. Ранее в наших работах мы проанализировали резонансное поглощение и накопление эксимолов в ИК-антеннах и предложили нестатистический пикосекундный механизм переноса накопленной энергии эксимолов от диполей антенны к соседним молекулярным диполям, которые не принадлежат антенне. Результаты этих работ были применены для объяснения и детального анализа спектров фрагментных ионов протонированных олигопептидов.

Следующие важные свойства рассматриваемого процесса были предсказаны и подтверждены экспериментальными данными. Накопленная энергия эксимола в одной боковой цепи не передается никаким другим боковым цепям. Спектры фрагментных ионов не содержат фрагментных ионов, образующихся в результате диссоциации основной цепи, за исключением N-концевого иона фрагмента иммония. Спектры не содержат фрагментных ионов с m / z больше, чем значение m / z иона иммония триптофана. Интенсивность потока ИК-излучения, для которой N-концевой ион фрагмента иммония имеет максимальное содержание, зависит от количества диполей ИК-антенны в R ₁ .Установленные свойства спектров олигопептидных ионов, полученных при ИК-фотонном облучении, и зависимость этих спектров от интенсивности потока облучения при фиксированном времени облучения τ <10 ¹² меньше времени жизни эксимола, что позволяет определить аминокислотную последовательность олигопептиды.

Используя описанные особенности спектров олигопептидов, полученных с помощью ИК-фотонов из любого источника, можно идентифицировать первую N-концевую аминокислоту в последовательности рассматриваемого протонированного олигопептида.Это возможно, поскольку предлагаемый анализ этих спектров позволяет одновременно определить количество M ₁ диполей ИК-антенны в R ₁ N-концевого иона фрагмента иммония и значение m / z этого фрагмент-иона. . Зная первую аминокислоту, другие образцы аминокислотной цепи могут быть проанализированы таким же образом, при условии, что используется метод переваривания (например, распад в источнике [27]), который дает достаточное количество молекул.

Повторяя эту процедуру снова и снова, можно выявить полную аминокислотную последовательность олигопептида.На каждом этапе этой процедуры необходимо применять подходящее значение скорости скольжения. С помощью этой процедуры мы можем столкнуться с проблемой определения R ₁ изомеров лейцина и изолейцина, поскольку параметры M ₁ и m / z равны. Однако эти аминокислоты можно идентифицировать, если проанализировать полный спектр фрагментных ионов, в котором рассматриваемый N-концевой ион иммония имеет максимальное содержание. Наличие пика с m / z = 57 в этом спектре указывает на то, что R ₁ в ионе N-концевого фрагмента иммония принадлежит аминокислоте изолейцину [28].

Ссылки

[1] W. D. van Dongen, C. G. de Koster, W. Heerma, J. Haverkamp, ​​Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 7 , 241 (1993). Искать в Google Scholar

[2] Т. Ялчин, И. Г. Гсизмадиа, М. Р. Петерсон, А. Г. Харрисон, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 7 , 233 (1996). Искать в Google Scholar

[3] M. J. Nold, B. A. Cerda, C. Wesdemiotis, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 10 , 1 (1999). Искать в Google Scholar

[4] K.Дж. Роснак и Дж. Дж. Стро, Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 6 , 637 (1992). Искать в Google Scholar

[5] T. Yalcin, C. Khouw, I. G. Gsizmadia, M. R. Peterson и A. G. Harrison, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 6 , 1164 (1995). Искать в Google Scholar

[6] П. Т. М. Кенни, К. Номото, Р. Орландо, Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 6 , 95 (1992). Поиск в Google Scholar

[7] Р. Г. Кукс, в: Спектроскопия столкновений (ред. Р. Г. Кука), Plenum Press, Нью-Йорк, 1978.Искать в Google Scholar

[8] H. J. Oh and M. S. Kim, Org. Масс-спектрометрия. 27 , 677 (1992). Искать в Google Scholar

[9] Б. Шпенглер, Д. Кирш, Р. Кауфманн и Э. Джегер, Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 6 , 105 (1992). Искать в Google Scholar

[10] C. S. Byskov, F. Jensen, T. J. D. Jorgensen, S. B. Nielsen, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 , 15831 (2014). Искать в Google Scholar

[11] В. В. Комаров, Л. Шмидт, Х.-W. Fritsch, H. Jungclas, Comput. Матер. Sci. 2 , 427 (1994). Искать в Google Scholar

[12] Х. Юнгклас, А. Вигхаус, Л. Шмидт, А. М. Попова, В. В. Комаров, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 10 , 471 (1999). Искать в Google Scholar

[13] Х. Юнглас, Л. Шмидт, В. В. Комаров, А. М. Попова, И. О. Стурейко, З. Naturforsch. 57а , 270 (2002). Искать в Google Scholar

[14] Х. Юнглас, В. В. Комаров, А. М. Попова, Л.Шмидт, И.О. Стурейко, Z. Phys. Chem. 221 , 1075 (2007). Искать в Google Scholar

[15] В. В. Комаров, А. М. Попова, И. О. Стурейко, Л. Шмидт, Х. Юнглас, Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 15 , 1625 (2000). Искать в Google Scholar

[16] Х. Юнглас, Л. Шмидт, В. В. Комаров, А. М. Попова, И. О. Стурейко, З. Naturforsch. 59a , 964 (2004). Искать в Google Scholar

[17] Х. Юнглас, А. М. Попова, В. В. Комаров, Л.Schmidt, A. Zulauf, Z. Naturforsch. 62а , 324 (2007). Искать в Google Scholar

[18] А. М. Попова, В. В. Комаров, Х. Юнглас, Л. Шмидт, А. Зулауф, З. Натурфорш. 65а , 568 (2010). Искать в Google Scholar

[19] A. Somogyi, V. H. Wysocki, I. Mayer, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 5 , 704 (1994). Искать в Google Scholar

[20] A. Somogyi и A. Cömöry, Chem. Phys. Lett. 192 , 221 (1992). Искать в Google Scholar

[21] I.Mayer, Chem. Phys. Lett. , 110, , 440 (1984). Искать в Google Scholar

[22] А. В. Федоров, Дж. Р. Кейбл, Дж. Р. Карни, Т. С. Цвиер, J. Phys. Chem. А105 , 8162 (2001). Искать в Google Scholar

[23] R. Cohen, B. Brauer, E. Nir, L. Grace, and M. S. de Vries, J. Phys. Chem. А104 , 6351 (2000). Искать в Google Scholar

[24] A. S. Dawydow, Quantenmechanik, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1967. Искать в Google Scholar

[25] A.Вигхаус, Л. Шмидт, А. М. Попова, В. В. Комаров, Х. Юнглас, J. Mass Spectrom. 34 , 1178 (1999). Искать в Google Scholar

[26] L. Schmidt, H.-W. Fritsch, H. Jungclas, Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 7 , 507 (1993). Искать в Google Scholar

[27] Л. А. Морзилли, Т. Р. Голден, Р. Дж. Коттер, А. С. Вудс, J. Am. Soc. Масс-спектрометрия. 11 , 1000 (2000). Искать в Google Scholar

[28] Х. Юнглас, Л. Шмидт, В. В. Комаров, А.М. Попова, И. О. Стурейко, Z. Naturforsch. 59a , 964 (2004). Искать в Google Scholar

Поступила: 2015-4-29

Принята к печати: 2015-9-14

Опубликовано в сети: 30.10.2015

Напечатано в печати: 2015-12-1

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку “Назад” и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.