從實驗和分子模型方法研究甘氨酸及其寡聚物的表面相互作用

1. 目標

甘氨酸是簡單的天然氨基酸，作為多肽、蛋白質和多種生物代謝物前體等生物分子的基石，具有巨大的生理意義。

了解這些分子的表面相互作用變得很重要，因為這些可能會影響它們的生物反應性，不同生物過程中的結合相互作用和生物分子的功能。

2. 方法

甘氨酸(Gly),雙甘氨酸(DiGly),三甘氨酸(TriGly),四甘氨酸(TetraGly)和五甘氨酸(PentaGly)用來研究鏈長度對表面性能的增量效應。

?表面能表征

表面能分析使用的是IGC（反氣相色譜法）技術。本研究使用的是英國SMS公司的iGC-SEA表面能分析儀，它是替代反氣相色譜儀的專門用于表面能分析的儀器。約250-500mg樣品加到各自的硅烷化玻璃樣品柱(300mm長，內徑4mm)，無限稀釋的IGC實驗條件為30?C，0%RH，來確定甘氨酸及其寡聚物的表面能。

對于水相互作用研究,IGC實驗濕度條件為(0%-50%RH).樣品柱在設定溫濕度條件下預處理2h。

?表面-水相互作用模型

利用HABIT98實現的附著能模型計算出穩定的表面終止，其中附著能較小的終止被認為是穩定的。利用Dreiding原子間力場確定了在主要的晶習面暴露的相互作用的強度和性質(極性或色散)。通過使用SURFACE搜索程序，我們可以估算出與水相互作用的主要晶習，該程序在晶體表面創建網格，并找到探針水分子與表面有利的相互作用。利用Dreiding原子間勢計算了探針-表面相互作用。

3. 結果

?在0%RH條件下，IGC法表征Gly、DiGly和TriGly的非極性或色散(γd)組分在44-46 mJ/m2左右，保持相近。TetraGly和PentaGly的非極性或色散(γd)組分在49-50mJ/m2左右。相比之下，單體(Gly)的γAB顯著增加，從3.9 mJ/m2增加到相應的五聚物(Pentagly)的14.6 mJ/m2(圖1和圖2)。

?濕度研究表明，濕度的變化對甘氨酸的表面能沒有影響。另一方面，對于三甘氨酸、四甘氨酸和五甘氨酸，表面能的γd和γab分量隨著濕度的增加而降低(圖1)。

?五甘氨酸的表面能下降明顯，色散表面能從0%RH時的50.5mJ/m2降至50%RH時的40.7mJ/m2，γab從14.6 mJ/ m2降至50%RH時的6.3mJ/m2(圖1)。

?模擬結果表明，在鏈長度不斷增加的甘氨酸的主要晶習面上，氫鍵位點的增加和可用位點的增加使這些表面對水分子更具吸引力。因此，這可能與較長鏈的寡聚物表面能的更顯著變化有關(圖3)。

圖3水與二甘氨酸和三甘氨酸表面化學的相互作用

4. 結論

?隨著甘氨酸及其短寡聚體中極性肽鍵的增加，γAB表面能呈指數增長趨勢。

?長鏈甘氨酸寡聚物(Pentagly)對水分的敏感性更高，表明它們對水的相互作用具有大小依賴的親和性。

?結果表明，這些分子的極性官能團自由能可能隨鏈長度的增加而增加。

?在分子水平上，對水相互作用的研究暗示了這些分子發生構象變化的可能性，從而影響了它們與周圍環境的表面相互作用傾向。

 參考文獻

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