In a number of recent studies, information about the structure of large polyatomic ions has been deduced from gas phase ion mobility measurements by comparing mobilities measured in helium to those estimated for assumed geometries using a hard sphere projection approximation. To examine the validity of this approach, we have compared mobilities calculated using the hard sphere projection approximation for a range of fullerenes (C20−C240) to those determined from trajectory calculations with a more realistic He−fullerene potential. The He−fullerene potential we have employed, a sum of two-body 6-12 interactions plus a sum of ion-induced dipole interactions, was calibrated using the measured mobility of C60+ in helium over an 80−380 K temperature range. For the systems studied, the long-range interactions between the ion and buffer gas have a small, less than 10%, effect on the calculated mobility at room temperature. However, the effects are not insignificant, and in many cases it will be necessary to consider the long-range interactions if the correct structural assignments are to be made from measured ion mobilities.

We describe an exact hard-spheres scattering model for calculating the gas phase mobilities of polyatomic ions. Ion mobility measurements have recently been used to deduce structural information for clusters and biomolecules in the gas phase. In virtually all of the previous ion mobility studies, mobilities were evaluated for comparison with the experimental data using a projection approximation. Comparison of the collision integrals calculated using the exact hard-spheres scattering model with those estimated using the projection approximation shows that large deviations, over 20%, occur for some geometrics with grossly concave surfaces.

Ion mobility measurements can be used to obtain structural information for large polyatomic ions in the gas phase. The methods are flexible and can be applied to a wide range of chemical systems. This article reviews the development of these methods and discusses recent applications to complex ions such as atomic clusters and large biomolecules. © John Wiley & Sons, Ltd.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTNaked Protein Conformations: Cytochrome c in the Gas PhaseDavid E. Clemmer, Robert R. Hudgins, and Martin F. JarroldCite this: J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 40, 10141–10142Publication Date (Print):October 1, 1995Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 October 1995https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja00145a037https://doi.org/10.1021/ja00145a037research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views1494Altmetric-Citations437LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

Nuclear pore complexes play central roles as gatekeepers of RNA and protein transport between the cytoplasm and nucleoplasm. However, their large size and dynamic nature have impeded a full structural and functional elucidation. Here we determined the structure of the entire 552-protein nuclear pore complex of the yeast Saccharomyces cerevisiae at sub-nanometre precision by satisfying a wide range of data relating to the molecular arrangement of its constituents. The nuclear pore complex incorporates sturdy diagonal columns and connector cables attached to these columns, imbuing the structure with strength and flexibility. These cables also tie together all other elements of the nuclear pore complex, including membrane-interacting regions, outer rings and RNA-processing platforms. Inwardly directed anchors create a high density of transport factor-docking Phe-Gly repeats in the central channel, organized into distinct functional units. This integrative structure enables us to rationalize the architecture, transport mechanism and evolutionary origins of the nuclear pore complex.

Ion mobility measurements have been used to examine the geometries of naked BPTI (bovine pancreatic trypsin inhibitor) and cytochrome c ions in the gas phase, as a function of charge. For BPTI, the measured cross sections are close to those estimated for the native solution-phase conformation. Furthermore, gas-phase BPTI retains its compact structure when collisionally heated. These results are consistent with the known stability of BPTI, where the three-dimensional structure is partly locked into place by three covalent disulfide bridges. For cytochrome c, geometries with cross sections close to those estimated for the native solution phase structure were observed for the low charge states. For intermediate charge states, the compact geometries are metastable, and when collisionally heated they gradually unfold, through a series of well-defined intermediates. Only extended conformations are observed for the higher charge states, and they become more extended as the charge increases. The gas-phase conformation of a protein ion results from a balance between attractive intramolecular interactions, intramolecular charge "solvation", and Coulomb repulsion. For the low charge states, compact folded conformations have the lowest energy because they maximize intramolecular interactions. For intermediate charge states, elongated conformations, which minimize Coulomb repulsion while maximizing intramolecular interactions and intramolecular charge "solvation", become favored. For the high charge states, the elongated conformations unravel to an extended string as Coulomb repulsion dominates.

The mobilities of size-selected silicon cluster ions in helium have been measured using injected-ion drift-tube techniques. The results suggest that a major structural transition occurs for clusters with \ensuremath{\sim}27 atoms. Clusters with up to \ensuremath{\sim}27 atoms appear to follow a prolate growth sequence, resulting in geometries with an aspect ratio estimated to be \ensuremath{\sim}3. Larger clusters appear to have more spherical shapes. For annealed clusters this structural transition occurs over a narrow size range.

Studies of the chemistry that occurs on the nanosurfaces of size-selected silicon clusters reveal a number of fascinating qualitative similarities to the behavior of bulk surfaces. However, silicon clusters containing up to 70 atoms appear to be much less reactive than bulk silicon surfaces. This unexpected result suggests that these large silicon clusters are not just small crystals of bulk silicon, but have much more compact geometric structures.