Molecular simulations of cytochrome c adsorption on positively charged surfaces: the influence of anion type and concentration

文献情報

出版日 2016-03-04
DOI 10.1039/C6CP00170J
インパクトファクター 3.676
著者

Chunwang Peng, Yun Xie, Jian Zhou


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要旨

Contradictory results have been reported regarding cytochrome c (Cyt-c) adsorption onto the positively charged SAMs, and the role of small anions in the adsorption is still unclear. In this work, the adsorption of Cyt-c on the amino-terminated SAM (NH2-SAM) and the effect of chloride and phosphate ions on the adsorption were studied using molecular dynamics simulations. The results reveal that Cyt-c could not stably adsorb onto the surface even at a relatively high ionic strength when chloride ions were added, while phosphate ions could promote its adsorption. At a low phosphate concentration, Cyt-c can adsorb on the NH2-SAM mainly with two opposite orientations. One is similar to that characterized in the experiments for Cyt-c adsorbed on the NH2-SAMs, in which the heme group points far away from the surface. The other orientation is similar to that for Cyt-c on the carboxyl-terminated SAMs. In the latter case, phosphate ions formed a distinct counterion layer near the surface and overcompensated the positive charge of the surface. Further analysis shows that chloride ions have no significant tendency to aggregate near the NH2-SAM surface and cannot shield the electrostatic repulsion between Cyt-c and the surface, while the phosphate ions can easily adsorb onto the surface and bind specifically to certain lysine residues of Cyt-c, which mediate its adsorption. At a high phosphate concentration, the phosphate and sodium ions will aggregate to form clusters, which results in random adsorption orientation. This work may provide some guidance for the design of Cyt-c-based bioelectronic devices and controlled enzyme immobilization.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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