Molecular Dynamics Simulation of the Conformational Structure of Polyampholyte Polypeptides at the Surface of a Charged

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The changes in conformational structure of polyampholyte polypeptides adsorbed at the surface of a charged spherical gold nanoparticles polarized in a uniform external electric field have been studied by means of molecular dynamics. Distributions of the mean unidimensional density of the polypeptide atoms along the axis of the nanoparticle polarization and radial distributions of the mean density of the atoms of polypeptides adsorbed at the nanoparticle surface have been computed. When the surface charge of the charged nanoparticle in one of the near-pole regions are compensated by the charges induced at the nanoparticle by the external electric field, the polyampholyte skirt non-symmetric with respect to the equator has been formed. Compaction of the macromolecular layer at one of the near-pole regions has occurred, whereas the polyampholyte skirt at the other near-pole regions has been swollen with the formation of the macromolecule chain loops, their length depending on the spacing between the charged units in the macromolecule. When the total charge of the nanoparticle in the uniform electrical field is low, the polyampholyte skirt stretched along the polarization has been formed at the nanoparticle surface. At low strength of the external uniform electric field, the charged nanoparticle has been uniformly wrapped by a macromolecular skirt consisting of three layers: two oppositely charged ones and a neutral layer between them.

About the authors

N. Yu. Kruchinin

Center for Laser and Information Biophysics, Orenburg State University

Email: kruchinin_56@mail.ru
460018, Orenburg, Russia

M. G. Kucherenko

Center for Laser and Information Biophysics, Orenburg State University

Author for correspondence.
Email: kruchinin_56@mail.ru
460018, Orenburg, Russia

References

  1. Egorova E.A., van Rijt M.M.J., Sommerdijk N., Gooris G.S., Bouwstra J.A., Boyle A.L., Kros A. // ACS Nano. 2020. V. 14. P. 5874.
  2. Xing T., Qian Q., Ye H., Wang Z., Jin Y., Zhang N., Wang M., Zhou Y., Gao X., Wu L. // Biosensors Bioelectronics. 2022. V. 212. P. 114430.
  3. Khlebtsov B.N., Khanadeev V.A., Burov A.M., Le Ru E.C., Khlebtsov N.G. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 10647.
  4. Lu Y., Tan Y., Xiao Y., Li Z., Sheng E., Dai Z. // Talanta. 2021. V. 234. P. 122585.
  5. Szekeres G.P., Montes-Bayon M., Bettmer J., Kneipp J. // Anal. Chem. 2020. V. 92. P. 8553.
  6. Domin H., Piergies N., Swięch D., Pięta E., Proniewicz E. // Colloids Surf. B. 2017. V. 149. P. 80.
  7. Samieegohar M., Sha F., Clayborne A.Z., Wei T. // Langmuir. 2019. V. 35. P. 5029.
  8. Domin H., Piergies N., Swięch D., Pięta E., Proniewicz E. // Int. J. Pharmaceut. 2020. V. 586. P. 119537.
  9. Shahdeo D., Chandra A.B., Gandhi S. // Anal. Chem. 2021. V. 93. P. 11868.
  10. Li Y., Jin Y., He X., Tang Y., Zhou M., Guo W., Miao W. // Nanomedicine: Nanotechnol., Biol. Medicine. 2022. V. 41. P. 102520.
  11. Iqbal M.Z., Ali I., Khan W.S., Kong X., Dempsey E. // Mater. Design. 2021. V. 205. P. 109694.
  12. Nevidimov A.V., Razumov V.F. // Colloid J. 2018. V. 80. P. 676.
  13. Chen Y., Cruz-Chu E.R., Woodard J., Gartia M.R., Schulten K., Liu L. // ACS Nano. 2012. V. 6. P. 8847.
  14. Kyaw H.H., Boonruang S., Mohammed W.S., Dutta J. // AIP Adv. 2015. V. 5. P. 107226.
  15. Solomentsev G.Y., English N.J., Mooney D.A. // J. Comput. Chem. 2012. V. 33. P. 917.
  16. Fallah Z., Jamali Y., Rafii-Tabar H. // PLoS One. 2016. V. 11. P.e0166412.
  17. Saeidi H.R., Setayandeh S.S., Lohrasebi A. // Chin. Phys. B. 2015. V. 24. № 8. P. 080701.
  18. Kolesnikov A., Budkov Y., Basharova E., Kiselev M. // Soft Matter. 2017. V. 13. P. 4363.
  19. Budkov Y., Kiselev M. // J. Phys.: Condens. Matter. 2018. V. 30. № 4. P. 1.
  20. Dubrovskii S.A., Balabaev N.K. // Polymer Science A. 2021. V. 63. № 6. P. 891.
  21. Erukhimovich I.Ya., Kriksin Yu.A., Kudryavtsev Y.V. // Polymer Science Series A. 2022. V. 64. № 2. P. 121.
  22. Dubrovskii S.A., Balabaev N.K. // Polymer Science A. 2022. V. 64. № 5. P. 549.
  23. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Colloid J. 2020. V. 82. № 2. P. 136.
  24. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G., Neyasov P.P. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. № 2. P. 362.
  25. Kruchinin N.Yu. // Colloid J. 2021. V. 83. № 3. P. 326.
  26. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Colloid J. 2021. V. 83. № 1. P. 79.
  27. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Surfaces Interfaces. 2021. V. 27. P. 101517.
  28. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Colloid J. 2021. V. 83. № 5. P. 591.
  29. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // High Energy Chem. 2021. V. 55. № 6. P. 442.
  30. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2022. V. 96. № 3. P. 622.
  31. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Colloid J. 2022. V. 84. № 2. P. 169.
  32. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // Polymer Science A. 2022. V. 64. № 3. P. 240.
  33. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  34. Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., Chipot C., Skeel R.D., Kale L., Schulten K., Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., Chipot C., Skeel R.D., Kale L., Schulten K. // J. Comput. Chem. 2005. V. 26. P. 1781.
  35. MacKerell A.D. Jr., 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. // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. P. 3586.
  36. Huang, J., Rauscher, S., Nawrocki, G., Ran T., Feig M., de Groot B.L., Grubmüller H., MacKerell Jr. A.D. // Nature Methods. 2016. V. 14. P. 71.
  37. Heinz H., Vaia R.A., Farmer B.L., Naik R.R. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 17281.
  38. Darden T., York D., Pedersen L. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 10089.
  39. Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J.D., Impey R.W., Klein M.L. // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. P. 926.
  40. Shankla M., Aksimentiev A. // Nature Commun. 2014. V. 5. P. 5171.
  41. Franco-Ulloa S., Tatulli G., Bore S.L., Moglianetti M., Pompa P.P., Cascella M., De Vivo M. // Nature Commun. 2020. V. 11. P. 5422.
  42. Chen P., Zhang Z., Gu N., Ji M. // Molec. Simul. 2018. V. 44. P. 85.
  43. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. // J. Molec. Graphics. 1996. V. 14. P. 33.
  44. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. // High Energy Chem. 2022. V. 56. № 6. P. 499.
  45. Гросберг А.Ю., Хохлов А.P. Статистическая физика макромолекул. М.: Наука, 1989.
  46. Kucherenko M.G., Izmodenova S.V., Kruchinin N.Yu., Chmereva T.M. // High Energy Chemi. 2009. V. 43. № 7. P. 592.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (2MB)
4.

Download (438KB)
5.

Download (281KB)
6.

Download (371KB)
7.

Download (118KB)
8.

Download (196KB)

Copyright (c) 2023 Н.Ю. Кручинин, М.Г. Кучеренко

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».