Identification of Single Amino Acid Chiral and Positional Isomers Using an Electrostatically Asymmetric Nanopore

化学 质子化 氨基酸 手性(物理) 纳米孔 立体化学 生物物理学 结晶学 生物化学 纳米技术 离子 有机化学 Nambu–Jona Lasinio模型 生物 夸克 量子力学 物理 手征对称破缺 材料科学
作者
Jiajun Wang,Jigneshkumar Dahyabhai Prajapati,Fan Gao,Yi‐Lun Ying,Ulrich Kleinekathöfer,Mathias Winterhalter,Yi‐Tao Long
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (33): 15072-15078 被引量:54
标识
DOI:10.1021/jacs.2c03923
摘要

Chirality is essential in nearly all biological organizations and chemical reactions but is rarely considered due to technical limitations in identifying L/D isomerization. Using OmpF, a membrane channel from Escherichia coli with an electrostatically asymmetric constriction zone, allows discriminating chiral amino acids in a single peptide. The heterogeneous distribution of charged residues in OmpF causes a strong lateral electrostatic field at the constriction. This laterally asymmetric constriction zone forces the sidechains of the peptides to specific orientations within OmpF, causing distinct ionic current fluctuations. Using statistical analysis of the respective ionic current variations allows distinguishing the presence and position of a single amino acid with different chiralities. To explore potential applications, the disease-related peptide β-Amyloid and its d-Asp1 isoform and a mixture of the icatibant peptide drug (HOE 140) and its d-Ser7 mutant have been discriminated. Both chiral isomers were not applicable to be distinguished by mass spectroscopy approaches. These findings highlight a novel sensing mechanism for identifying single amino acids in single peptides and even for achieving single-molecule protein sequencing.
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