pH өзгерген жағдайда зарядталған алтын нанобөлшек бетінде орналасқан бинарлы полипептидтік кешендердің конформациялық құрылымы
Авторлар
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N4/5-23Кілт сөздер:
полипептидтік кешен, молекулалық-динамикалық модельдеу, конформациялық түрленулер, зарядталған нанообъектАңдатпа
pH өзгерген жағдайда зарядталған алтын нанобөлшек бетінде орналасқан бинарлы полипептидтік кешендердің конформациялық құрылымы
Молекулалық-динамикалық модельдеу әдістерін қолдануы арқылы зарядталған сфералық алтын нанобөлшек бетінде орналасқан біртекті полипептидтерден құралған бинарлы кешендердің pH-қа сезгіш конформациялары зерттелді. Зарядталған сфералық нанообъект бетінде екі біртекті полимерден тұратын кешен ішіндегі өзара әрекеттесулерді ескере отырып, олардың конформациялық күйін сипаттайтын математикалық модель әзірленді. Нанобөлшек бетіне екі полипептид адсорбцияланған кезде макромолекулалық тәждің құрылымы бинарлы кешендегі полипептидтердің қандай комбинацияда орналасуына едәуір дәрежеде тәуелді болды. Бірдей екі біртекті полипептид үшін сутектік көрсеткіштің (pH) изоэлектрлік нүктеден ауытқуы олардың бейтарап бет бойымен бір-бірінен алыстауына әкелді, ал аттас зарядталған нанобөлшек бетінде макротізбекті тәждің айтарлықтай босаңсуы байқалды. Қарама-қарсы зарядталған екі полипептидтен тұратын кешен зарядталған нанобөлшек бетіне адсорбцияланған кезде полимерлік қабықшаның қабаттарға бөлінуі орын алып, оның айқын түрде ісінуі байқалды. Мұндай бинарлы кешенде полипептидтердің біреуінің изоэлектрлік нүктесіне жеткенде екінші зарядталған полипептид жазылып, алғашқы макротізбекпен байланысын үзіп, аттас зарядталған нанобөлшек бетінен алыстай бастайды.
Дәйексөздер
Kanp T., Dhuri A.M., Rode K., Aalhate M., Paul P., Nair R., Singh P.K. (2025) Exploring the potential of nanocarriers for cancer immunotherapy: insights into mechanism, nanocarriers, and regulatory perspectives. ACS Appl. Bio Mater., 8, 108–138. https://doi.org/10.1021/acsabm.4c01797 DOI: https://doi.org/10.1021/acsabm.4c01797
Mi S., Hu X., Yuan S., Yu H., Guo Y., Cheng Y., Yao W. (2024) Unveiling the correlation between protein, protein corona, and target signal loss in SERS detection. Anal. Chem., 96, 19768–19777. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05084 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05084
Gao J., Yang W., Liu R., Feng, J., Li Y., Jiang M., Jiang, S. (2024) A reliable gold nanoparticle/Cu-TCPP 2D MOF/gold/D-shaped fiber sensor based on SPR and LSPR coupling for dopamine detection. Applied Surface Science, 655, 159523. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159523 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159523
Liu M., Zhuang H., Zhang Y., Jia Y. (2024) A sandwich FRET biosensor for lysozyme detection based on peptide-functionalized gold nanoparticles and FAM-labeled aptamer. Talanta, 276, 126226. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126226 DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126226
Kumar S., Dory Y.L., Lepage M., Zhao Y. (2011) Surface-grafted stimuli-responsive block copolymer brushes for the thermo-, photo- and pH-sensitive release of dye molecules. Macromolecules, 44, 7385–7393. https://doi.org/10.1021/ma2010102 DOI: https://doi.org/10.1021/ma2010102
Cui J., Nguyen T., Ceolín M., Berger R., Azzaroni O., del Campo A. (2012) Phototunable response in caged polymer brushes. Macromolecules, 45, 3213–3220. https://doi.org/10.1021/ma300274b DOI: https://doi.org/10.1021/ma300274b
Jacquelín D.K., Perez M.A., ́Euti E.M., Arisnabarreta N., Cometto F.P., Paredes-Olivera, P., Patrito E.M. (2016) A pH-Sensitive supramolecular switch based on mixed carboxylic acid terminated self-assembled monolayers on Au(111). Langmuir, 32, 947–953. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b03807 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b03807
Filip J., Popelka A., Bertok T., Holazova A., Osicka J., Kollar J., Ilcikova M., Tkac J., Kasak P. (2017) pH-Switchable Interaction of a carboxybetaine ester-based SAM with DNA and gold nanoparticles. Langmuir, 33, 6657–6666. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b00568 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b00568
Debayle M., Marchandier T., Xu X., Lequeux N., Pons T. (2019) pH-Sensitive visible or shortwave infrared quantum dot nanoprobes using conformation-switchable copolymeric ligands. ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 25008–25016. https://doi.org/10.1021/acsami.9b06194 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.9b06194
Shirmanova M.V., Druzhkova I.N., Lukina M.M., Matlashov M.E., Belousov, V.V., Snopova L.B., Prodanetz N.N., Dudenkova V.V., Lukyanov S.A., Zagaynova E.V. (2015) Intracellular pH imaging in cancer cells in vitro and tumors in vivo using the new genetically encoded sensor SypHer2. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects, 1850, 1905-1911. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2015.05.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2015.05.001
Webb B., Chimenti M., Jacobson M.P., Barber D.L. (2011) Dysregulated pH: a perfect storm for cancer progression. Nature Reviews Cancer, 11, 671–677. https://doi.org/10.1038/nrc3110 DOI: https://doi.org/10.1038/nrc3110
Liu X., Chen Y., Li H., Huang N., Jin Q., Ren K., Ji J. (2013) Enhanced retention and cellular uptake of nanoparticles in tumors by controlling their aggregation behavior. ACS Nano 7, 6244–6257. https://doi.org/10.1021/nn402201w DOI: https://doi.org/10.1021/nn402201w
Chen W., Lei Q., Luo G., Jia H., Hong S., Liu Y., Cheng Y., Zhang X. (2015) Rational Design of Multifunctional Gold Nanoparticles via Host−Guest Interaction for Cancer-Targeted Therapy. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 17171–17180. https://doi.org/10.1021/acsami.5b04031 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.5b04031
Yari-Ilkhchi A., Rafi A.A., Mahkam M. (2025) Design and development of pH-sensitive nanocarriers using molecularly imprinted polymers for the targeted delivery of sodium thiopental. Nanoscale Advances, 7, 2039-2046. https://doi.org/10.1039/d4na00926f DOI: https://doi.org/10.1039/D4NA00926F
Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. (2021) Rearrangements in the conformational structure of polyampholytic polypeptides on the surface of a uniformly charged and polarized nanowire: Molecular dynamics simulation. Surfaces and Interfaces, 27, 101517, https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101517 DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101517
Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. (2022) Molecular dynamics simulation of the conformational structure of uniform polypeptides on the surface of a polarized metal prolate nanospheroid with varying pH. Russian Journal of Physical Chemistry A, 96, 624–632. https://doi.org/10.1134/S0036024422030141 DOI: https://doi.org/10.1134/S0036024422030141
Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. (2022) Conformational Changes in Polyampholyte Macrochains on the Surface of an Oblate Metallic Nanospheroid in Alternating Electric Field. High Energy Chemistry, 56, 499-510. https://doi.org/10.1134/S0018143922060108 DOI: https://doi.org/10.1134/S0018143922060108
Kruchinin N.Yu. (2023) Rearrangement of the conformations of polyampholitic macromolecules on the surface of a charged spherical metal nanoparticle in an alternating electric field: molecular dynamic simulation. Russian Journal of Physical Chemistry A, 97, 2777–2785. https://doi.org/10.1134/S003602442312018X DOI: https://doi.org/10.1134/S003602442312018X
Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. (2024) Conformational structure of a complex of two oppositely charged polyelectrolytes on the surface of a charged spherical metal nanoparticle. High Energy Chemistry, 58, 615–623. https://doi.org/10.1134/S0018143924700590 DOI: https://doi.org/10.1134/S0018143924700590
Kucherenko M.G., Kruchinin N.Yu., Neyasov P.P. (2024) Conformational structure of polyampholytes and polyelectrolytes on the surface of a longitudinally polarized gold spherocylinder. Eurasian Physical Technical Journal 21 (3), 6-20. https://doi.org/10.31489/2024No3/6-20 DOI: https://doi.org/10.31489/2024No3/6-20
Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. (2025) Conformational changes of two oppositely charged poly-electrolytes, including those combined into a single block copolymer, on the surface of a charged or transversely polarized cylindrical metal nanowire. Journal of Polymer Research, 32,79. https://doi.org/10.1007/s10965-025-04305-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s10965-025-04305-3
Grosberg A.Y., Khokhlov A.R. (1994) Statistical Physics of Macromolecules. AIP Press, New York. 347.
Edvards S.F. (1965) The statistical mechanics of polymers with excluded volume. Proc. Phys. Soc., 85, 613-624. https://doi.org/10.1088/0370-1328/85/4/301 DOI: https://doi.org/10.1088/0370-1328/85/4/301
Kucherenko M.G., Rusinov A.P., Chmereva T.M., Ignat’ev A.A., Kislov D.A., Kruchinin N.Yu. (2009) Kinetics of photoreactions in a regular porous nanostructure with cylindrical cells filled with activator-containing macromolecules. Optics and Spectroscopy ,107, 480–485. https://doi.org/10.1134/S0030400X0909029X DOI: https://doi.org/10.1134/S0030400X0909029X
Mhashal A.R., Roy S. (2014) Effect of Gold Nanoparticle on Structure and Fluidity of Lipid Membrane. PLoS One 9, e114152. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114152 DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114152
Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., Chipot C., Skeel R.D., Kale L., Schulten K. (2005) Scalable molecular dynamics with NAMD. J. Comput. Chem., 26, 1781-1802. https://doi.org/10.1002/jcc.20289 DOI: https://doi.org/10.1002/jcc.20289
Batys P., Morga M., Bonarek P., Sammalkorpi M. (2020) pH-Induced Changes in Polypeptide Conformation: Force-Field Comparison with Experimental Validation. J. Phys. Chem. B, 124, 2961-2972. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c01475 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c01475
MacKerell Jr. A.D., Bashford D., Bellott, M., Dunbrack Jr. R.L., Evanseck J.D., Field M.J., Fischer S., Gao J., Guo H., Ha S., Joseph-McCarthy D., Kuchnir L., Kuczera K., Lau F.T.K., Mattos C., Michnick S., Ngo T., Nguyen D.T., Prodhom B., Reiher III W.E., Roux B., Schlenkrich M., Smith J.C., Stote R., Straub J., Watanabe M., Wiorkiewicz-Kuczera J., Yin D., Karplus M. (1998) All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies of Proteins. J. Phys. Chem. B, 102, 3586-3616. https://doi.org/10.1021/jp973084f DOI: https://doi.org/10.1021/jp973084f
Huang J., Rauscher S., Nawrocki G., Ran T, Feig M., de Groot B.L., Grubmüller H., MacKerell Jr. A.D. (2016) CHARMM36m: an improved force field for folded and intrinsically disordered proteins. Nature Methods, 14, 71-73. https://doi.org/10.1038/nmeth.4067 DOI: https://doi.org/10.1038/nmeth.4067
Heinz H., Vaia R.A., Farmer B.L., Naik R.R. (2008) Accurate simulation of surfaces and interfaces of face-centered cubic metals using 12−6 and 9−6 Lennard-Jones potentials. J. Phys. Chem. C, 112, 17281-17290. https://doi.org/10.1021/jp801931d DOI: https://doi.org/10.1021/jp801931d
Darden T., York D., Pedersen L. (1993) Particle mesh Ewald: An N⋅log(N) method for Ewald sums in large systems. J. Chem. Phys. 98, 10089-10092. https://doi.org/10.1063/1.464397 DOI: https://doi.org/10.1063/1.464397
Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J.D., Impey R.W., Klein M.L. (1983) Comparison of simple potential functions for simulating liquid water. J. Chem. Phys., 79, 926-935. https://doi.org/10.1063/1.445869 DOI: https://doi.org/10.1063/1.445869
Radak B.K., Chipot C., Suh D., Jo S., Jiang W., Phillips J.C., Schulten K., Roux. B. (2017) Constant-pH Molecular Dynamics Simulations for Large Biomolecular Systems. J. Chem. Theory Comput., 13, 5933-5944. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.7b00875 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jctc.7b00875
Chen P., Zhang Z., Gu N., Ji M. (2018) Effect of the surface charge density of nanoparticles on their translocation across pulmonary surfactant monolayer: a molecular dynamics simulation. Molecular Simulation, 44, 85-93. https://doi.org/10.1080/08927022.2017.1342118 DOI: https://doi.org/10.1080/08927022.2017.1342118
Harvey J.D., Baker H.A., Mercer E., Budhathoki-Uprety J., Heller D.A. (2017) Control of Carbon Nanotube Solvatochromic Response to Chemotherapeutic Agents. ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 37947–37953. https://doi.org/10.1021/acsami.7b12015 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.7b12015
Downloads
Жарияланды
How to Cite
Журналдың саны
Бөлім
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
