Studies of Dynamic Binding of Amino Acids to TiO(2) Nanoparticle Surfaces by Solution NMR and Molecular Dynamics Simulations.
Studies of Dynamic Binding of Amino Acids to TiO(2) Nanoparticle Surfaces by Solution NMR and Molecular Dynamics Simulations.
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DOI：
10.1021/acs.langmuir.0c01256
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发表时间：
2020-09-08
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Drobny G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xue M;Sampath J;Gebhart RN;Haugen HJ;Lyngstadaas SP;Pfaendtner J;Drobny G
生物分子在材料表面上的吸附涉及潜在的复杂机制，其中分子种类与异质材料表面不同程度地相互作用。通过原子力显微镜（AFM）、和频发生（SFG）光谱和固态NMR（ssNMR）的表面吸附研究检测与材料表面结合的生物分子种类的结构和相互作用，并且在没有固液界面的情况下，生物分子种类在表面结合形式和本体溶液中的自由分子种类之间不快速交换。溶液核磁共振有可能通过检测和研究在液-固界面瞬时结合的生物分子来补充这些技术。在这里，我们表明，暗态交换饱和转移（DEST）NMR实验凝胶稳定的二氧化钛纳米粒子（NP）样品检测到几种形式的生物分子吸附到钛（IV）氧化物表面。具体来说，我们使用DEST方法研究氨基酸精氨酸（Arg）、赖氨酸（Lys）、亮氨酸（Leu）、丙氨酸（Ala）和天冬氨酸（Asp）与TiO 2金红石纳米颗粒表面的相互作用。而亮氨酸，丙氨酸，天冬氨酸显示只有一个单一的弱相互作用的形式，在存在的二氧化钛纳米粒子，精氨酸和赖氨酸显示至少两个不同的绑定形式：一个物种，是表面绑定，并保留一定程度的重定向运动，和第二个更紧密的绑定形式，其特征在于扩大DEST公司加入二氧化钛纳米粒子。分子动力学模拟表明不同的表面结合态的赖氨酸和精氨酸取决于TiO 2表面羟基化的程度，但只有一个单一的结合态的天冬氨酸无论表面羟基化的程度，与DEST公司的分析结果一致。
Adsorption of biomolecules onto material surfaces involves a potentially complex mechanism where molecular species interact to varying degrees with a heterogeneous material surface. Surface adsorption studies by atomic force microscopy (AFM), Sum Frequency Generation (SFG) spectroscopy, and solid state NMR (ssNMR), detect the structures and interactions of biomolecular species that are bound to material surfaces and which, in the absence of a solid liquid interface, do not exchange rapidly between surface-bound forms and free molecular species in bulk solution. Solution NMR has the potential to complement these techniques by detecting and studying transiently bound biomolecules at the liquid-solid interface. Herein we show that dark-state exchange saturation transfer (DEST) NMR experiments on gel-stabilized TiO2 nanoparticle (NP) samples detect several forms of biomolecular adsorption onto titanium (IV) oxide surfaces. Specifically, we use the DEST approach to study the interaction of amino acids arginine (Arg), lysine (Lys), leucine (Leu), alanine (Ala), and aspartic acid (Asp) with TiO2 rutile nanoparticle surfaces. Whereas Leu, Ala, and Asp display only a single weakly interacting form in the presence of TiO2 nanoparticles , Arg and Lys displayed at least two distinct bound forms: a species that is surface bound and retains a degree of reorientational motion, and a second more tightly bound form characterized by broadened DEST profiles upon addition of TiO2 nanoparticles. Molecular Dynamics simulations indicate different surface bound states for both Lys and Arg depending on the degree of TiO2 surface hydroxylation, but only a single bound state for Asp regardless of the degree of surface hydroxylation, in agreement with results obtained from analysis of DEST profiles.
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