Désorption-ionisation laser assistée par matrice
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2008-07-03T14:16:51Z
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robot Modifie: [[ru:Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI)]]
[[Image:MALDITOF.jpg|thumb|right|250 px|Spectromètre de masse MALDI-TOF]]
La '''désorption-ionisation laser assistée par matrice''' (en anglais ''Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation'' ou MALDI) est une technique d'[[ionisation]] douce utilisée en [[spectrométrie de masse]], permettant l'analyse de [[biomolécule]]s (des bio[[polymère]]s comme les [[protéine]]s, les [[peptide]]s et les [[sucre#Chimie|sucres]]) et les grosses [[chimie organique|molécules organiques]] (comme les [[polymère]]s, les [[dendrimère]]s et autres [[macromolécule]]s) qui tendent à devenir fragiles et à se fragmenter lorsqu'elles sont ionisées par des méthodes plus conventionnelles. Elle est relativement similaire à l'[[Ionisation par électronébuliseur (ESI)|ionisation par électrospray]] en douceur relative et en ions produits (bien qu'elle crée moins d'ions multichargés).
L'ionisation est provoquée par un [[laser|faisceau laser]] (normalement un [[laser à l'azote]]). Une matrice est utilisée afin de protéger la biomolécule de la destruction par un faisceau direct et de faciliter la vaporisation et l'ionisation.
== Matrice ==
La matrice consiste en des molécules [[cristal]]lisées, qui sont en général choisi parmi les trois suivantes : l''''[[acide 3,5-diméthoxy-4-hydroxycinnamique]]''' ([[acide sinapinique]]), l''''acide α-cyano-4-hydroxycinnamique''' (alpha-cyano ou alpha-matrice) et l''''[[acide 2,5-dihydroxybenzoïque]]''' (DHB). Une [[solution]] d'un type de ses molécules est faite, parfois dans un mélange d'[[eau]] ultra-pure et de [[solvant]] organique (habituellement de l'[[acétonitrile]] (ACN) ou de l'[[éthanol]]). L'[[acide trifluoroacétique]] (TFA) peut parfois être ajouté. Un bon exemple de solution-matrice est, par exemple, un mélange de 20 mg/ml d'acide sinapinnique dans l'ACN:eau:TFA (50:50:0,1).
[[Image:Maldi_cartoon-fr.gif|left|thumb|250 px|Principe de la MALDI - la matrice est en bleu et l'échantillon en rouge.]]
La nature des composants pour une matrice fiable est déterminée par tatonnement avec essais et erreurs, mais elle est basée sur des considérations spécifiques de {{guil|profils moléculaires}}. Ses composants :
* sont de faible masse moléculaire (afin de faciliter la vaporisation), mais assez grosses (avec une [[pression de vapeur]] assez grande) afin de ne pas s'évaporer durant la préparation de l'échantillon ou lors de son introduction dans le spectromètre.
* sont acides, ou au moins agissant comme source de proton(s) afin de favoriser l'ionisation de l'analyte.
* ont une forte absorption dans l'[[ultraviolet]], leur permettant d'absorber efficacement et rapidement l'[[irradiation]] laser.
* sont [[groupe fonctionnel|fonctionnalisés]] avec des groupes [[polarité#Chimie|polaires]], pour une utilisation en solutions aqueuses.
La solution matrice est mélangée avec l'analyte (l'échantillon). Le solvant organique permet aux molécules [[hydrophobie (physique)|hydrophobes]] de se dissoudre dans la solution, alors que l'eau permet aux molécules [[hydrophilie|hydrophiles]] de faire de même. La solution est ensuite déposée sur une coupelle MALDI (habituellement en métal conçue pour cet usage). Le solvant se vaporise, laissant seulement la matrice recristallisée, mais avec maintenant des molécules d'analyte réparties dans tout le cristal. La matrice et l'analyte sont dits alors ''co-cristallisés'' dans un spot MALDI.
== Laser ==
Le [[laser]] est dirigé sur les cristaux du spot MALDI. Le spot absorbe l'énergie laser et il semble que la matrice est ionisée en premier par ce fait, puis transfererait une partie de sa charge aux molécules à étudier, les ionisant tout en les protégeant d'une énergie disruptive du laser. Les ions observés après cette étape sont quasi-moléculaires, ionisés par l'addition d'un [[proton]] en [M+H]<sup>+</sup>, ou d'un autre [[cation]] comme l'ion [[sodium]] [M+Na]<sup>+</sup>, ou par la soustraction d'un proton [M-H]<sup>-</sup> par exemple. La technique MALDI produit de manière générale des ions monochargés, mais des ions multichargés ([M+nH]<sup>n+</sup>) peuvent aussi être observés, selon la matrice utilisée et/ou l'intensité du laser. Ces espèces possèdent toutes un nombre pair d'[[électron]]s. Des signaux correspondants à des cations radicalaires peuvent également être observés, par exemple dans le cas des molécules de la matrice ou d'autres molécules stables.
== MALDI à pression atmosphérique ==
L'AP-MALDI (''Atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption/ionization'') est une technique d'ionisation (source d'ions) qui contrairement à la MALDI sous vide opère dans un environnement à pression atmosphérique<ref>{{cite journal |author=Laiko VV, Baldwin MA, Burlingame AL |title=Atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry |journal=Anal. Chem. |volume=72 |issue=4 |pages=652-7 |year=2000 |pmid=10701247 |issn=}}</ref>. La différence principale entre la MALDI sous vide et l'AP MALDI est la pression sous laquelle les ions sont créés. Dans la MALDI sous vide, les ions sont produits sous 10 m[[Torr]] ou moins alors aue les ions AP MALDI sont formés sous [[pression atmosphérique]]. Le désavantage de la source AP MALDI est l'observation d'une sensibilité limitée ainsi que son intervalle de masse restreint.<br />
La technique AP MALDI est utilisée en spectrométrie de masse pour des applications variant des champs protéomiques à la découverte de nouveaux médicaments. Les sujets les plus {{guil|populaires}} auxquels s'adresse la technique sont : la [[protéomique]], [[Acide désoxyribonucléique|ADN]]/[[Acide ribonucléique|ARN]]/[[Acide nucléique peptidique|ANP]], [[lipide]]s, [[oligosaccharide]]s, [[phosphopeptide]]s, [[bactérie]]s, petites molécules et [[polymère]]s synthétiques. Des applications similaires sont disponibles pour la technique sous vide.
La source AP MALDI peut être facilement couplée à un piège à ions de spectromètre de masse<ref>{{cite journal |author=Laiko VV, Moyer SC, Cotter RJ |title=Atmospheric pressure MALDI/ion trap mass spectrometry |journal=Anal. Chem. |volume=72 |issue=21 |pages=5239-43 |year=2000 |pmid=11080870 |issn=}}</ref> ou tout autre système de spectrométrie de masse équipé avec une source ESI (ionisation par électrospray) ou nanoESI.
== Spectrométrie de masse (MALDI-TOF) ==
{{Article détaillé|MALDI-TOF}}
[[Image:MALDI Target.jpg|thumb|right|300 px|Échantillon-cible pour spectrométrie de masse MALDI.]]
Le type de spectrométrie de masse le plus fréquemment utilisé avec la MALDI est le [[spectromètre de masse à temps de vol|TOF]] (spectromètre de masse à temps de vol - ''time-of-flight mass spectrometer''), principalement en raison de sa large plage de fonctionnement en masse.
== Historique ==
L'expression anglaise de ''matrix-assisted laser desorption ionization'' (MALDI) a été forgé en 1985 par [[Franz Hillenkamp]], [[Michael Karas]] et leurs collègues <ref>{{cite journal |author=Karas, M.; Bachmann, D.; Hillenkamp, F. |title=Influence of the Wavelength in High-Irradiance Ultraviolet Laser Desorption Mass Spectrometry of Organic Molecules |journal=[[Analytical Chemistry (journal)|Anal. Chem.]] |volume=57 |issue= |pages=2935-9 |year=1985 |pmid= |issn=}}</ref>. Ces chercheurs ont découvert que l'[[alanine]], un [[acide aminé]], pouvait être ionisé plus facilement si elle était mélangé avec le [[tryptophane]] (autre acide aminé) et irradié avec un laser pulsé à 266 nm. Le tryptophane absorbait l'énergie laser et aidait à ioniser l'alanine non absorbante. Les peptides jusqu'à la peptide 2843 Da ([[melittine]]) peuvent être ionisées lorsqu'elles sont mélangées avec ce type de {{guil|matrice}}<ref>{{cite journal |author=Karas, M.; Bachman, D.; Bahr, U.; Hillenkamp, F. |title=Matrix-Assisted Ultraviolet Laser Desorption of Non-Volatile Compounds |journal=[[International Journal of Mass Spectrometry|Int J Mass Spectrom Ion Proc]] |volume=78 |issue= |pages=53-68 |year=1987 |pmid= |issn=}}</ref>. L'avancée pour la désorption-ionisation laser pour une grosse molécule se produisit en 1987 lorsque [[Koichi Tanaka]] (de Shimadzu Corp.) et ses collègues utilisèrent ce qu'ils appelèrent la {{guil|méthode de la matrice métal ultra-fin/liquide}} qui combinait des particules de 30 nm de [[cobalt]] dans du glycérol avec un [[laser à azote]] à 337 nm pour l'ionisation<ref>{{cite journal |author=Tanaka, K.; Waki, H.; Ido, Y.; Akita, S.; Yoshida, Y.; Yoshida, T. |title=Protein and Polymer Analyses up to m/z 100 000 by Laser Ionization Time-of flight Mass Spectrometry |journal=[[Rapid Communications in Mass Spectrometry|Rapid Commun Mass Spectrom]] |volume=2 |issue=20 |pages=151-3 |year=1988 |pmid= |issn=}}</ref>. En utilisant la combinaison d'un laser et de la matrice, Tanaka était capable d'ioniser des biomolécules aussi importante que la protéine 34 472 Da carboxypeptidase-A. Tanaka reçut (conjointement) le [[prix Nobel de chimie]] 2002 pour avoir démontré, qu'avec une combinaison adéquate de matrice et de laser, qu'une protéine pouvait être ionisée<ref>{{pdf}} {{ Lien web | url=http://nobelprize.org/chemistry/laureates/2002/chemadv02.pdf | titre=Advanced information on the Nobel Prize in Chemistry 2002 | auteur=K Markides | coauteurs=Gräslund, A }}</ref>. Karas et Hillenkamp furent ensuite capables d'ioniser l'[[albumine]] (protéine 67 kDa) en utilisantune matrice d'acide nicotinique et un laser à 266 nm<ref>{{cite journal |author=Karas M, Hillenkamp F |title=Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exceeding 10,000 daltons |journal=Anal. Chem. |volume=60 |issue=20 |pages=2299-301 |year=1988 |pmid=3239801 |issn=}}</ref>. Des améliorations supplémentaires furent réalisées en utilisant un laser à 355 nm et les dérivées de l'[[acide cinnamique]], l'[[acide férulique]], l'[[acide caféique]] et l'[[acide sinapinique]] comme matrice<ref>{{cite journal |author=Beavis RC, Chait BT |title=Matrix-assisted laser-desorption mass spectrometry using 355 nm radiation |journal=Rapid Commun. Mass Spectrom. |volume=3 |issue=12 |pages=436-9 |year=1989 |pmid=2520224 |issn=}}</ref>. La disponibilité de lasers à azote fonctionnant à une longueur d'onde de 337 nm petits et relativement peu coûteux et les premiers instruments commerciaux introduits au début des années 1990 conduit de nombreux chercheurs à utiliser la technique MALDI<ref>{{cite journal |author=Karas, M.; Bahr, U. |title=Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry of Large Biomolecules |journal=[[Trends in Analytical Chemistry|Trends Anal. Chem.]] |volume=9 |issue= |pages=321-5 |year=1990 |pmid= |issn=}}
</ref>. Aujourd'hui, la spectrométrie de masse MALDI utilise principalement des matrices organiques.
== Utilisation ==
=== En chimie organique ===
Des macromolécules synthétiques, comme les [[catétane]]s et les [[rotaxane]]s, les [[dendrimère]]s, les [[polymère]]s hyper-ramifiés ainsi que d'autres ensembles moléculaires, ont des masses molaires de l'ordre de milliers ou de dizaines de milliers de grammes par moles, ce qui fait que la plupart des techniques d'ionisation rencontrent des diffultés à produire des ions moléculaires. La MALDI est une méthode analytique simple et rapide qui permet aux chimistes d'analyser les résultats de ce genre de synthèses et de vérifier leurs résultats.
=== En biochimie ===
En [[protéomique]], la MALDI est utilisée pour l'identification des protéines isolées par [[électrophorèse sur gel]] : [[SDS-PAGE]] et [[électrophorèse sur gel à deux dimensions]]. Une méthode utilisée est l'[[empreinte de masse de peptide]] par MALDI-MS, ou par [[affaiblissement post-ionisation]] ou [[dissociation induite par collision]] (voir [[spectrométrie de masse]]).
== Problèmes ==
La préparation d'échantillon pour MALDI est importante pour le résultat. Les sels inorganiques qui sont aussi des parties des extraits de protéines interfèrent avec le processus d'ionisation. Les sels sont enlevés par une extraction en phase solide ou en lavant les spots cibles finaux à l'eau. Les deux méthodes peuvent retirer d'autres substances de l'échantillon. Le mélange de protéines de la matrice n'est pas homogène en raison de la différence de polarité qui conduit à la séparation des deux substances lors de la cristallisation. Le diamètre du spot de la cible est plus arge que celui du laser, ce qui rend nécessaire de procéder à plusieurs tirs lasers en différents endroits de la cible, afin d'obtenir la moyenne statistique de la concentration de la substance dans le spot cible. La composition de la matrice, l'ajout d'[[acide trifluoroacétique]] et d'[[acide formique]], le délai entre les impulsions, le temps d'attente pour la puissance d'accélération, la longueur d'onde du laser, la densité d'énergie du laser et l'angle d'impact du faisceau laser figurent parmi les autres données critiques pour la qualité et la reproducibilité de la méthode.
== Références ==
<references />
{{Traduction/Référence|en|Matrix-assisted laser desorption/ionization|134300213}}
{{Portail|chimie|physique|biochimie}}
[[Catégorie:Spectroscopie]]
[[da:MALDI]]
[[de:Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation]]
[[en:Matrix-assisted laser desorption/ionization]]
[[es:MALDI-TOF]]
[[it:MALDI]]
[[ja:マトリックス支援レーザー脱離イオン化法]]
[[nl:MALDI]]
[[ru:Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI)]]
[[ur:مصوفہ معاونتی لیزر التفاظ/تائین]]