Lysozyme adsorption at a silica surface using simulation and experiment: effects of pH on protein layer structure

文献情報

出版日 2015-08-24
DOI 10.1039/C5CP03910J
インパクトファクター 3.676
著者

Karina Kubiak-Ossowska, Monika Cwieka, Agnieszka Kaczynska, Barbara Jachimska, Paul A. Mulheran


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要旨

Hen Egg White Lysozyme (HEWL) is a widely used exemplar to study protein adsorption on surfaces and interfaces. Here we use fully atomistic Molecular Dynamics (MD) simulations, Multi-Parametric Surface Plasmon Resonance (MP-SPR), contact angle and zeta potential measurements to study HEWL adsorption at a silica surface. The simulations provide a detailed description of the adsorption mechanism and indicate that at pH7 the main adsorption driving force is electrostatics, supplemented by weaker hydrophobic forces. Moreover, they reveal the preferred orientation of the adsorbed protein and show that its structure is only slightly altered at the interface with the surface. This provides the basis for interpreting the experimental results, which indicate the surface adsorbs a close-packed monolayer at about pH10 where the surface has a large negative zeta potential and the HEWL is positively charged. At higher pH, the adsorption amount of the protein layer is greatly reduced due to the loss of charge on the protein. At lower pH, the smaller zeta potential of the surface leads to lower HEWL adsorption. These interpretations are complemented by the contact angle measurements that show how the hydrophobicity of the surface is greatest when the surface coverage is highest. The simulations provide details of the hydrophobic residues exposed to solution by the adsorbed HEWL, completing the picture of the protein layer structure.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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