Rechner fuer monoisotopische Masse

Ein Massenspektrometer misst Masse nicht so wie eine Waage. Es beschleunigt Ionen, lenkt sie in einem Feld ab und registriert, wo sie ankommen, was ein Masse-zu-Ladung-Verhältnis festlegt und nichts sonst. Ein ionisiertes Peptid kommt nicht als einzelner Peak an, sondern als ein Büschel von Peaks, die ein oder zwei Dalton auseinanderliegen, weil sich einzelne Moleküle darin unterscheiden, welches Isotop von Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff oder Schwefel sie gerade tragen. Das häufigste Mitglied dieses Büschels ist das aus dem häufigsten Isotop jedes Elements gebaute, und das ist der Peak, den die Software als monoisotopisch beschriftet und mit dem ein berechneter Wert verglichen wird.

Damit ist der Vergleich ein Vergleich mit einem Ion und nicht mit einem neutralen Molekül, und das ist die zweite Hälfte des Grundes, warum die Zahl nicht immer aufgeht. Ein einfach protoniertes Peptid erscheint etwa 1.007 Da über seiner neutralen monoisotopischen Masse, ein Natriumaddukt etwa 22.99 Da darüber. Ein zweifach protoniertes Peptid erscheint bei ungefähr der halben Masse plus eins, eine als Masse-zu-Ladung-Verhältnis angegebene Zahl ist also eine andere Größe als die hier zurückgegebene. Keines dieser Addukte ist klein genug, um es zu übergehen, und beide überragen die Lücke zwischen Mittelwert und monoisotopischer Masse, die deutlich mehr Verwirrung stiftet.

Die Isotopenhülle erklärt auch, warum ein einzelner Peak selten die ganze Geschichte ist. Der Abstand zwischen benachbarten Peaks ergibt sich aus der Massendifferenz zwischen dem häufigsten und dem zweithäufigsten Isotop jedes vorhandenen Elements, ein kohlenstoffreiches Peptid zeigt also einen anderen Abstand als ein schwefelreiches. Nichts davon berührt den berechneten Wert, der eine einzige Zahl für ein einziges Isotopolog ist, es beeinflusst aber sehr wohl, wie weit ein gemessener Peak in der Praxis davon entfernt sein kann. Die ausführlichere Darstellung der beiden Konventionen steht im Leitfaden zu monoisotopischer Masse und mittlerer Molekülmasse .

Weil die monoisotopische Konvention je Element ein Isotop verwendet, ist der Unterschied zur mittleren Masse nichts weiter als der gewichtete Beitrag der schweren Isotope, die die monoisotopische Konvention übergeht. Er ist damit eine Eigenschaft der Molekülzusammensetzung und keine universelle Konstante, er skaliert mit der Zahl der Kohlenstoffatome und springt, wenn Schwefel vorhanden ist. Das zählt, weil es bedeutet, dass sich eine Lücke zwischen den beiden Konventionen aus einer Sequenz vorhersagen lässt statt nur beobachtet werden, sich eine in der falschen Konvention angegebene Zahl also oft schon an ihrer Größe erkennen lässt.

Nehmen Sie vier Alanine und zwei Methionine, insgesamt sechs Reste. Die Restsumme plus ein mittleres Wasser ergibt 564.7157, dieselben sechs Reste in der monoisotopischen Konvention ergeben 564.2400, eine Lücke von 0.4757 Da. Zählt man nun die Atome im fertigen Peptid anhand seiner Summenformel: 22 Kohlenstoffatome, 40 Wasserstoffatome, 6 Stickstoffatome, 7 Sauerstoffatome und 2 Schwefelatome. Multipliziert man diese Zahlen mit den Versätzen je Element, ergibt sich etwa 0.477 Da, was mit der gemessenen Lücke auf zwei Tausendstel Dalton übereinstimmt, und keine der beiden Zahlen wurde zur Erzeugung der anderen benutzt. Die Summation hinter beiden steht im Leitfaden zur Molekülmasse und zu Peptidrechnungen .

Die praktische Folge ist, dass die Lücke mit der Länge wächst, während der Prozentanteil kaum wandert. Eine Glycin-Kette aus zehn Resten hat eine mittlere Masse von 588.5343 und eine monoisotopische Masse von 588.2252, die absolute Lücke beträgt also 0.3091 Da, als Prozentsatz der größeren Zahl ausgedrückt sind das 0.053 Prozent. Eine dreimal so lange Kette trägt ungefähr die dreifache Lücke in Dalton und als Bruchteil ungefähr dieselbe Lücke, weil die Peptidmasse mit derselben Rate wächst wie ihre Zahl von Kohlenstoffatomen. Beim Vergleich zweier langer Ketten achtet man also auf den absoluten Unterschied, und wenn eine Spezifikation eine der beiden Konventionen mit geringer Genauigkeit angibt, auf den Prozentanteil.

Verlockend ist, einfach die zur Hand liegende Masse zu verwenden, und die beiden unterscheiden sich um deutlich weniger als ein Prozent, was die Wahl belanglos wirken lässt. Sie ist nicht belanglos, denn die beiden Zahlen beantworten verschiedene Fragen. Die mittlere Molekülmasse ist die Masse der Mischung, aus der eine Probe tatsächlich besteht, und das Teilen einer gewogenen Masse durch sie zählt die Moleküle richtig. Die monoisotopische Masse ist die Masse eines bestimmten Isotopologs, und das Teilen einer gewogenen Masse durch sie liefert jedes Mal eine Stoffmenge, die um den Bruchteil des Isotopenversatzes zu niedrig ist, ohne jede Warnung.

Bei der genannten Glycin-Kette beträgt diese Fehlmenge etwa fünf Teile von zehntausend. Sie ist klein, und genau deshalb überlebt sie. Jede Molzahl, jede Molarität und jeder Extinktionskoeffizient, der aus einem monoisotopischen Teiler berechnet wird, trägt denselben relativen Fehler, und die Größe des Fehlers folgt der Länge der Kette und nicht der Größe der Masse, ein Leser bemerkt ihn beim Ansehen der Ziffern also nicht. Gibt eine Spezifikation eine mittlere Molekülmasse an, sollte man die Basis vom Rechner für die mittlere Molekülmasse holen und nicht von dieser Seite, und umgekehrt gilt dasselbe, sobald gegen einen gemessenen Peak verglichen wird.

Der produktive Einsatz einer monoisotopischen Masse ist die Basis für Chemie und nicht ein Endpunkt. Jede Modifikationsverschiebung auf dieser Website ist als monoisotopisches Delta mit zugehöriger Akzessionsnummer aus UniMod angegeben, und der Rechner für Modifikationsmasse addiert eine davon zu einer Basismasse. Von einer monoisotopischen Zahl auszugehen ist das, was die Rechnung in sich stimmig hält, denn ein monoisotopisches Delta auf einer Mittelwertbasis ergibt eine Zahl, die zu keiner der beiden Konventionen gehört und auf nichts passen wird. Die beiden Konventionen wandern auch zusammen durch die Restzahl, denn ein hinzugefügter oder entfernter Rest verschiebt die Masse in beiden Konventionen um denselben tabellierten Betrag. Die Länge ist also das einzige Ergebnis hier, das nicht davon abhängt, welche gewählt wurde.

Dieselbe Disziplin gilt an den beiden Enden der Kette, wo der Rechner für terminale Modifikation Acetylierung, Amidierung und die beiden Cyclisierungswege als unabhängige Zustände behandelt. Eine Atomzählung liefert eine zweite Meinung zur Basis, denn eine monoisotopische Masse und eine Summenformel sind zwei verschiedene Rechnungen, die zusammenpassen müssen, und das liefert der Summenformel-Rechner . Und wenn sich eine angegebene Zahl nicht angleichen will, trennt der Rechner zur Molmassen-Gegenprüfung eine Rundungsdifferenz von einem echten chemischen Unterschied. Dieser Vergleich gehört vor die Anwendung einer Verschiebung und nicht danach, denn eine Basismasse, die bereits um ein Dalton danebenliegt, lässt jede spätere Zahl um mindestens so viel danebenliegen.