Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (3), 420-428.

Дослідження взаємодії N–aцетилнейрамінової кислоти з моносахаридами, адсорбованими на поверхні високодисперсного кремнезему



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.03.420

L. M. Ushakova, E. M. Demianenko, M. I. Terets, V. V. Lobanov, N. T. Kartel

Анотація


На сьогоднішній день актуальними є дослідження процесів, що відбуваються на межі поділу фаз біомолекула (клітина) - наночастинка. Цікавим є вивчення взаємодії високодисперсного кремнезему з сахаридами, зокрема глюкозою і фруктозою, а також з N-ацетилнейраміновою кислотою (NANA) (яка є в складі клітинної мембрани організму), для подальшого створення нанокомпозитів із біомолекулами для застосування їх в біологічних системах. Методом теорії функціоналу густини (DFT) в межах моделі поляризаційного континууму РСМ були досліджені особливості взаємодії моносахаридів з поверхнею кремнезему та з’ясований вплив на цей процес молекули NANA. Результати аналізу квантовохімічних розрахунків свідчать, що глюкоза і фруктоза можуть використовуватись як модифікатори для адсорбції NANA. Молекули цих вуглеводів споріднені до поверхні кремнезему та створюють комплекс з    N-ацетилнейраміновою кислотою. Встановлено, що водневі зв’язки між гідроксильними групами вуглеводів і силанольними групами поверхні ВДК відіграють основну роль в утворенні міжмолекулярних комплексів. Проведені розрахунки показують, що адсорбція моносахаридів на поверхні кремнезему можлива, якщо враховувати їх розташування, а також залежить від того, яким чином проводити адсорбцію. Тобто, чи послідовна адсорбція сахаридів, а потім NANA, чи адсорбція із розчину моносахаридів-NANA на поверхні кремнезему.


Ключові слова


глюкоза; фруктоза; поверхня кремнезему; адсорбція; метод теорії функціоналу густини; кластерне наближення

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Kulyk T.V., Palyanytsya B.B., Halahan N.P. Molecular self-organization in nano-sized particles - carbohydrates. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2003. 1(2): 681. [in Ukrainian].

2. Nosach L.V. Comparison of the efficiency of modification of nanosilicon by saccharides in liquid and gaseous dispersion media. Surface. 2014. 6(21): 83. [in Ukrainian].

3. Voronin E.F., Nosach, L.V. Gun'ko V.M., Charmas B. Geometric and mechano-sorption modification of fumed nanosilica in the gaseous dispersion media. Physics and Chemistry of Solid State. 2019. 20(1): 22. https://doi.org/10.15330/pcss.20.1.26

4. Galagan N.P., Patey L.M., Nastasienko N.S., Gritsenko I.V., Orel I.L., Mischanchuk O.V., Pokrovsky V.O., Chuiko O.O. Nanocomposites based on highly dispersed silica and biomolecules and their thermal transformations. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2006. 3(4): 599. [in Ukrainian].

5. Tsendra O.M., Lobanov V.V., Grebenyuk A.G. Hydration effects and structure of the adsorption complexes of glucose on silica surface. Chemistry physics and surface technology. 2004. 10: 8. [in Ukrainian].

6. Tsendra O.M., Lobanov V. V. The mechanism of saccharide film formation on the surface of nanosized silica. Physics and Chemistry of Solid State. 2006. 7(1): 93.

7. Tsendra O., Lobanov V., Grebenyuk A., Terets M. Quantum chemical simulation of the interaction of silica surface with carbohydrates of plasmatic membrane. NaUKMA Research Papers. Biology and Ecology Chemical sciences and Technological. 2003. 21: 13.

8. Becke A.D. Density functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. J. Chem. Phys. 1993. 98(7): 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913

9. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density. Phys. Rev. B. 1988. 37(2): 785. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.785

10. Grimme S. Density functional theory with London dispersion corrections. WIREs Comput. Mol. Sci. 2011. 1(2): 211. https://doi.org/10.1002/wcms.30

11. Grimme S., Ehrlich S., Goerigk L. Effect of the damping function in dispersion corrected density functional theory. J. Comput. Chem. 2011. 32(7): 1456. https://doi.org/10.1002/jcc.21759

12. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S.J., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General atomic and molecular electronic structure system. J. Comput. Chem. 1993. 14(11): 1347. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112

13. Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. Quantum Mechanical Continuum Solvation Models. Chem. Rev. 2005. 105(8): 2999. https://doi.org/10.1021/cr9904009

14. Cossi M., Barone V., Cammi R., Tomasi J. Ab initio study of solvated molecules: a new implementation of the polarizable continuum model. Chem. Phys. Lett. 1996. 255(4-6): 327. https://doi.org/10.1016/0009-2614(96)00349-1

15. Jensen F. Introduction to Computational Chemistry. (Odense: John Wiley & Sons, 2007)

16. Murrell J.N., Laidler K.J. Symmetries of activated complexes. Trans. Faraday Soc. 1968. 64: 371. https://doi.org/10.1039/tf9686400371

17. Smith M. B. March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. (8th Edition Wiley, 2019).




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.03.420

Copyright (©) 2020 L. M. Ushakova, E. M. Demianenko, M. I. Terets, V. V. Lobanov, N. T. Kartel