Tryptophan (Trp), tyrosine (Tyr), and histidine (His), known as three essential amino acids, are also precursors of vital neurotransmitters in brain nutrient metabolism. In this study, we have conducted a gas-phase study on their interactions with silver ions by a customized reflectron time-of-flight mass spectrometer combined with a magnetron sputtering source and a downstream flow tube reactor. It is unveiled that these physiological molecules are readily dissociated in the presence of Ag+ ions, giving rise to fragmentation and recombination products. Utilizing density functional theory calculations, we have clarified the reaction mechanism of the dissociative process. It is found that the silver ions facilitate the hydrogen atom transfer reaction followed by competitive Cα–Cβ and Cβ–Cγ bond dissociation. This study enriches the basic and precise properties of such neurotransmitter molecules and helps us understand similar physiological mechanisms in vivo.

[1]
O.
Loewi
,
Naturwissenschaften
14
,
994
(
1926
).
[3]
H.
Bult
,
G. E.
Boeckxstaens
,
P. A.
Pelckmans
,
F. H.
Jordaens
,
Y. M.
Van Maercke
, and
A. G.
Herman
,
Nature
345
346
(
1990
).
[5]
S. H.
Snyder
,
S. P.
Banerjee
,
H. I.
Yamamura
, and
D.
Greenberg
,
Science
184
1243
(
1974
).
[6]
P. N. R.
Usherwood
, Amino Acids as Neurotransmitters. In
Advances in Comparative Physiology and Biochemistry
,
O.
Lowenstein
Ed.,
Elsevier
7
227
(
1978
).
[7]
A. J.
Shah
,
F.
Crespi
, and
C.
Heidbreder
,
J. Chromatogr. A
781
151
(
2002
).
[8]
J. T.
Coyle
and
P.
Puttfarcken
,
Science
262
,
689
(
1993
).
[9]
J. C.
Watkins
and
R. H.
Evans
,
Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol.
21
165
(
1981
).
[11]
R. J.
Wurtman
,
F.
Larin
,
S.
Mostafapour
, and
J. D.
Fernstrom
,
Science
185
,
183
(
1974
).
[12]
R. I.
Weiner
and
W. F.
Ganong
,
Phys. Rev.
58
,
905
(
1978
).
[13]
[14]
B. G.
Trewyn
,
S.
Giri
,
I. I.
Slowing
, and
V. S. Y.
Lin
,
Chem. Commun.
3236
(
2007
).
[15]
J. S.
Marvin
,
B. G.
Borghuis
,
L.
Tian
,
J.
Cichon
,
M. T.
Harnett
,
J.
Akerboom
,
A.
Gordus
,
S. L.
Renninger
,
T. W.
Chen
,
C. I.
Bargmann
,
M. B.
Orger
,
E. R.
Schreiter
,
J. B.
Demb
,
W. B.
Gan
,
S. A.
Hires
, and
L. L.
Looger
,
Nat. Methods.
10
,
162
(
2013
).
[16]
M.
Labib
,
E. H.
Sargent
, and
S. O.
Kelley
,
Chem. Rev.
116
,
9001
(
2016
).
[17]
A.
Bouchet
,
M.
Schütz
, and
O.
Dopfer
,
ChemPhysChem
17
,
232
(
2016
).
[18]
A. Giardini
Guidoni
,
A.
Paladini
,
S.
Piccirillo
,
F.
Rondino
,
M.
Satta
, and
M.
Speranza
,
Org. Biomol. Chem.
4
,
2012
(
2006
).
[19]
D.
Asakawa
,
H.
Mizuno
,
E.
Sugiyama
, and
K.
Todoroki
,
Analyst
146
,
2292
(
2021
).
[20]
H.
Wu
,
M.
Guo
,
M.
Yang
,
Z.
Luo
, and
K.
Hansen
,
Chem. Commun. (Camb)
55
,
4015
(
2019
).
[21]
G.
Yang
,
H.
Wu
,
A. M. S.
Pembere
, and
Z.
Luo
,
ChemistrySelect
4
,
5235
(
2019
).
[22]
K.
Dziendzikowska
,
M.
Węsierska
,
J.
Gromadzka-Ostrowska
,
J.
Wilczak
,
M.
Oczkowski
,
S.
Męczyńska-Wielgosz
, and
M.
Kruszewski
,
Int. J. Mol. Sci.
22
,
12706
(
2021
).
[23]
Y. H.
You
and
C. P.
Zhang
,
Spectrochim. Acta A
69
,
939
(
2008
).
[24]
G.
von Helden
,
T.
Wyttenbach
, and
M. T.
Bowers
,
Science
267
,
1483
(
1995
).
[25]
L. C.
Snoek
,
T.
van Mourik
,
P.
Çarçabal
, and
J. P.
Simons
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
5
,
4519
(
2003
).
[26]
A.
Lagutschenkov
,
J.
Langer
,
G.
Berden
,
J.
Oomens
, and
O.
Dopfer
, Phys.
Chem. Chem. Phys.
13
,
2815
(
2011
).
[27]
M.
Speranza
,
I.
D’Acquarica
,
C.
Fraschetti
,
B.
Botta
,
A.
Tafi
,
L.
Bellucci
, and
G.
Zappia
,
Int. J. Mass Spectrom.
291
,
84
(
2010
).
[28]
M.
Guo
,
B.
Yin
,
B.
Huang
,
H.
Wu
, and
Z.
Luo
,
J. Mater. Chem. C
8
10325
(
2020
).
[29]
M.
Guo
,
B.
Huang
,
Q.
Yi
, and
Z.
Luo
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
16334
(
2021
).
[30]
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
X.
Li
,
M.
Caricato
,
A. V.
Marenich
,
J.
Bloino
,
B. G.
Janesko
,
R.
Gomperts
,
B.
Mennucci
,
H. P.
Hratchian
,
J. V.
Ortiz
,
A. F.
Izmaylov
,
J. L.
Sonnenberg
,
Williams
,
F.
Ding
,
F.
Lipparini
,
F.
Egidi
,
J.
Goings
,
B.
Peng
,
A.
Petrone
,
T.
Henderson
,
D.
Ranasinghe
,
V. G.
Zakrzewski
,
J.
Gao
,
N.
Rega
,
G.
Zheng
,
W.
Liang
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
K.
Throssell
,
J. A.
Montgomery
Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M. J.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E. N.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T. A.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A. P.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
J. M.
Millam
,
M.
Kiene
,
C.
Adamo
,
R.
Cammi
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
, and
D. J.
Fox
,
Gaussian 09, Revision D. 01,
Wallingford, CT
:
Gaussian Inc
., (
2016
).
[31]
S. H.
Vosko
,
L.
Wilk
, and
M.
Nusair
,
Can. J. Phys.
58
1200
(
1980
).
[32]
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
[33]
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
5648
(
1993
).
[34]
P. J.
Stephens
,
F. J.
Devlin
,
C. F.
Chabalowski
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
98
11623
(
1994
).
[35]
R.
Krishnan
,
J. S.
Binkley
,
R.
Seeger
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
72
,
650
(
1980
).
[36]
T.
Clark
,
J.
Chandrasekhar
,
G. W.
Spitznagel
, and
P. V. R.
Schleyer
,
J. Comput. Chem.
4
,
294
(
1983
).
[37]
[38]
J-P-Foster and
F.
Weinhold
,
J. Am. Chem. Soc.
102
,
7211
(
1980
).
[39]
A. E.
Reed
and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
78
4066
(
1983
).
[40]
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
, and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
735
(
1985
).
[41]
T.
Lu
and
F.
Chen
,
J. Comput. Chem.
33
,
580
(
2012
).
[42]
W.
Humphrey
,
A.
Dalke
, and
K.
Schulten
,
J. Mol. Graph.
14
,
33
(
1996
).
[43]
T.
Song
,
Q.
Hao
,
C. H.
Law
,
C. K.
Siu
, and L
K.
Chu
,
J. Am. Soc. Mass Spectrom.
23
,
264
(
2012
).
[44]
Q.
Hao
,
T.
Song
,
D. C. M.
Ng
,
Q.
Quan
,
C. K.
Siu
, and
I. K.
Chu
,
J. Phys. Chem. B
116
,
7627
(
2012
).
[45]
G. A.
Hudson
,
B. J.
Burkhart
,
A. J.
DiCaprio
,
C. J.
Schwalen
,
B.
Kille
,
T. V.
Pogorelov
, and
D. A.
Mitchell
,
J. Am. Chem. Soc.
141
,
8228
(
2019
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.